KR20210137395A - 불소계 라디칼을 이용하여 반응 챔버의 인시츄 식각을 수행하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
반응 시스템에서 반응 챔버 내부로부터 몰리브덴 막 또는 몰리브덴 질화막을 세정 또는 에칭하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 원격 플라즈마 장치는 불활성 가스 소스와 혼합된 할로겐화물 전구체를 활성화시켜 라디칼 가스를 형성하는데 사용된다. 라디칼 가스는 몰리브덴 막 또는 몰리브덴 질화막과 반응하여, 퍼지 가스에 의해 반응 챔버 내부로부터 제거되는 부산물을 형성한다.
Description
본 개시는, 일반적으로 막이 반응 챔버의 내벽 상에 증착된 후에 반응 챔버를 세정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 개시는, 보다 구체적으로 증착된 막의 세정 또는 인시츄 식각을 수행하기 위해, 할로겐 계열 라디칼을 사용하는 것에 관한 것이다.
예를 들어, 트랜지스터, 메모리 요소 및 집적 회로와 같은 반도체 소자 구조를 형성하기 위한 반도체 제조 공정은 광범위하며, 특히 증착 공정을 포함할 수 있다. 증착 공정은, 기판 상에 증착된 몰리브덴 또는 몰리브덴 나이트라이드와 같은 막을 생성할 수 있다.
증착 공정 동안, 몰리브덴 또는 몰리브덴 나이트라이드 막은 또한 반응 챔버의 내벽 상에 축적될 수 있다. 이들 막의 너무 많은 양이 벽에 축적되는 경우, 축적된 막에 의해 야기된 온도 불규칙성으로 인한 드리프트 공정 성능과 같은 부작용이 발생할 수 있다. 또한, 축적된 막은 처리된 기판 상에 입자 문제를 야기할 수 있다.
전통적인 예방적 반응 챔버 유지보수는 반응 챔버를 위한 부품의 주기적 교체를 필요로 할 수 있다. 이는 상당한 중단 시간(1주일 이상)을 초래할 수 있으며, 높은 제조 손실을 초래할 수 있다.
따라서, 상당한 제조 중단 시간을 필요로 하지 않는, 반응 챔버의 벽으로부터 증착된 몰리브덴 또는 몰리브덴 나이트라이드 막을 세정하기 위한 장치 및 방법이 요구된다.
본 발명의 내용은 선정된 개념을 단순화된 형태로 소개하기 위해 제공된다. 이들 개념은 하기의 본 발명의 예시적 구현예의 상세한 설명에 더 상세하게 기재되어 있다. 본 발명의 내용은 청구된 요지의 주된 특징 또는 필수적인 특징을 구분하려는 의도가 아니며 청구된 요지의 범주를 제한하기 위해 사용하려는 의도 또한 아니다.
본 발명의 적어도 하나의 구현예에서, 반응 챔버의 내벽을 세정하기 위한 방법이 개시된다. 상기 방법은, 몰리브덴 막이 반응 챔버의 내벽 상에 증착되는 반응 챔버를 제공하는 단계; 불활성 가스를 원격식 플라즈마 유닛 내로 유동시킴으로써 원격식 플라즈마 유닛을 점화하는 단계; 할라이드 전구체를 원격식 플라즈마 유닛 내로 유동시켜 라디칼 가스를 형성하는 단계; 몰리브덴 막과 반응하는 라디칼 가스를 원격식 플라즈마 유닛으로부터 반응 챔버 내로 유동시키는 단계; 및 퍼지 가스를 유동시켜 몰리브덴 막과 라디칼 가스의 반응 부산물을 반응 챔버로부터 제거하는 단계를 포함하되, 몰리브덴 막은, 몰리브덴 또는 몰리브덴 나이트라이드 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 적어도 하나의 구현예에서, 반도체 막을 증착하기 위한 반응 시스템이 개시된다. 반응 시스템은, 처리될 기판을 유지하도록 구성되고 내부 상에 증착된 막을 갖는 반응 챔버(상기 증착된 막은 몰리브덴 또는 몰리브덴 나이트라이드 중 적어도 하나를 포함함); 원격식 플라즈마 유닛; 원격식 플라즈마 유닛에 할라이드 가스를 제공하도록 구성되는 할라이드 전구체 공급원; 원격식 플라즈마 유닛에 불활성 가스를 제공하도록 구성되는 불활성 가스 공급원; 원격식 플라즈마 유닛으로 진입하지 않는 제1 반응물 전구체를 반응 챔버에 제공하도록 구성된 제1 반응물 전구체 공급원; 및 제2 반응물 전구체 또는 퍼지 가스를 반응 챔버에 제공하도록 구성된 제2 반응물 전구체 또는 퍼지 가스 공급원을 포함하되, 원격식 플라즈마 유닛은 할라이드 가스와 불활성 가스의 혼합물을 활성화시켜 반응 챔버로 흐르는 라디칼 가스를 형성하도록 구성되고, 라디칼 가스는 증착된 막과 반응하여 반응 챔버로부터 증착된 막을 제거한다.
본 발명의 적어도 하나의 구현예에서, 반도체 막을 증착하기 위한 배치식 반응 시스템이 개시된다. 반응 시스템은, 처리될 기판을 유지하도록 구성되고 내부 상에 증착된 막을 갖는 반응 튜브(상기 증착된 막은 몰리브덴 또는 몰리브덴 나이트라이드 중 적어도 하나를 포함함); 인시츄 라디칼 발생기; 반응 튜브에 할라이드 가스를 제공하도록 구성되는 할라이드 전구체 공급원; 반응 튜브에 불활성 가스를 제공하도록 구성되는 불활성 가스 공급원; 산소 가스를 반응 튜브에 제공하도록 구성된 산소 가스 공급원; 제1 반응물 전구체를 반응 튜브에 제공하도록 구성된 제1 반응물 전구체 공급원; 및 제2 반응물 전구체를 반응 챔버에 제공하도록 구성된 제2 반응물 전구체 공급원을 포함하되, 인시츄 라디칼 발생기는 반응 튜브 내에서 라디칼 가스를 형성하기 위해 할라이드 가스를 활성화시키도록 구성되고, 라디칼 가스는 증착된 막과 반응하여 반응 챔버로부터 증착된 막을 제거한다.
선행 기술에 비해 달성되는 장점 및 본 발명을 요약하기 위해, 본 발명의 특정 목적 및 장점이 앞서 본원에 기술되었다. 물론, 모든 목적 및 장점들이 본 발명의 임의의 특별한 구현예에 따라 반드시 달성되는 것이 아니라는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 예들 들어 당업자는, 본 발명이, 본원에 교시 또는 제안될 수 있는 다른 목적들 또는 장점들을 반드시 달성하지 않고서, 본원에 교시되거나 제시된 바와 같은 하나의 장점 또는 여러 장점들을 달성하거나 최적화하는 방식으로 구현되거나 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
이들 구현예 모두는 본원에 개시된 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 의도된다. 본 발명은 개시된 임의의 특정 구현예(들)에 한정되지 않으며, 이들 및 다른 구현예들은 첨부된 도면들을 참조하는 특정 구현예들의 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 용이하게 분명할 것이다.
본 명세서는 본 발명의 구현예로 간주되는 것을 특별히 지적하고 명백하게 주장하는 청구범위로 결론을 내지만, 본 개시의 구현예의 장점은 첨부한 도면과 관련하여 읽을 때 본 개시의 구현예의 특정 예의 설명으로부터 더욱 쉽게 확인될 수 있고, 도면 중:
도 1은 본 개시의 구현예에 따라 반응 챔버의 내벽으로부터 몰리브덴 또는 몰리브덴 나이트라이드 막을 세정하는 방법을 설명하는 비제한적인 예시적 공정 흐름을 나타낸다.
도 2는 본 개시의 구현예에 따라 막 증착 시스템의 단면 개략도를 나타낸다.
도 3은 본 개시의 적어도 하나의 구현예에 따른 배치식 반응기 시스템을 나타낸다.
본원에 제시된 예시는 임의의 특정한 재료, 구조, 또는 소자의 실제 뷰를 의도하려 하는 것은 아니며, 단지 본 발명의 구현예를 설명하기 위해 사용되는 이상화된 표현이다.
도 1은 본 개시의 구현예에 따라 반응 챔버의 내벽으로부터 몰리브덴 또는 몰리브덴 나이트라이드 막을 세정하는 방법을 설명하는 비제한적인 예시적 공정 흐름을 나타낸다.
도 2는 본 개시의 구현예에 따라 막 증착 시스템의 단면 개략도를 나타낸다.
도 3은 본 개시의 적어도 하나의 구현예에 따른 배치식 반응기 시스템을 나타낸다.
본원에 제시된 예시는 임의의 특정한 재료, 구조, 또는 소자의 실제 뷰를 의도하려 하는 것은 아니며, 단지 본 발명의 구현예를 설명하기 위해 사용되는 이상화된 표현이다.
특정 구현예 및 실시예가 아래에 개시되었지만, 당업자는 본 발명이 구체적으로 개시된 구현예 및/또는 본 발명의 용도 및 이들의 명백한 변형물 및 균등물을 넘어 확장된다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 발명의 범주는 후술되는 구체적인 개시된 구현예에 의해 제한되지 않는 것으로 의도된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "기판"은, 사용될 수 있는, 또는 그 위에 소자, 회로, 또는 막이 형성될 수 있는, 임의의 하부 재료 또는 재료들을 지칭할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "주기적 화학 기상 증착"은 원하는 증착을 생성시키기 위해 기판 상에서 반응 및/또는 분해되는 하나 이상의 휘발성 전구체에 기판이 순차적으로 노출되는 임의의 공정을 지칭할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "원자층 증착"(ALD)은 증착 사이클, 바람직하게는, 복수의 연속 증착 사이클이 반응 챔버에서 수행되는 기상 증착 공정을 지칭할 수 있다. 일반적으로, 각각의 사이클 중에 전구체는 증착 표면(예, 기판 표면, 또는 이전 ALD 사이클로부터의 재료와 같이 이전에 증착된 하부 표면)에 화학 흡착되고, 추가적인 전구체와 쉽게 반응하지 않는(즉, 자기 제한적 반응) 단층 또는 서브 단층을 형성한다. 그 후 필요한 경우, 증착 표면 상에서 화학 흡착된 전구체를 원하는 재료로 전환시키는 용도로, 반응물(예를 들어, 다른 전구체 또는 반응 가스)이 후속해서 공정 챔버에 유입될 수 있다. 일반적으로, 이러한 반응물은 전구체와 더 반응할 수 있다. 각각의 사이클 중에 공정 챔버로부터 과잉의 전구체를 제거하고/하거나, 화학 흡착된 전구체의 변환 후 공정 챔버로부터 과잉의 반응물 및/또는 반응 부산물을 제거하기 위해 퍼지 단계들이 더 활용될 수도 있다. 추가로, 본원에서 사용된 용어 "원자층 증착"은 전구체 조성물(들), 반응 가스, 및 퍼지(예, 불활성 캐리어) 가스의 교번 펄스로 수행되는 경우, "화학 기상 원자층 증착", "원자층 에피택시" (ALE), 분자 빔 에피택시(MBE), 가스 공급원 MBE, 또는 유기금속 MBE, 및 화학적 빔 에피택시와 같은 관련 용어들에 의해 지정된 공정을 포함하는 것을 또한 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "막" 및 "박막"은 본원에 개시된 방법에 의해 형성된 임의의 연속적인 또는 불연속적인 구조 및 재료를 지칭한다. 예컨대, "막" 및 "박막"은 2D 재료, 나노라미네이트, 나노막대, 나노튜브 또는 나노입자 또는 심지어는 부분 또는 전체 분자층 또는 부분 또는 전체 원자층 또는 원자 및/또는 분자 클러스터를 포함할 수 있다. "막" 및 "박막"은 핀홀을 포함하는 재료 또는 층을 포함할 수 있지만, 여전히 적어도 부분적으로 연속적일 수 있다.
다수의 예시적인 물질은 본 개시의 구현예를 통해 주어지고, 물질 각각에 주어진 화학식을 제한적인 것으로 이해해서는 안되고, 주어진 비제한적 예시적인 물질이 주어진 예시적 화학량론에 의해 한정되어서는 아니되는 점을 주목해야 한다.
본 개시는 몰리브덴 막 증착 공정을 수행하는 반응 시스템을 세정하기 위한 장치 및 방법을 포함한다. 몰리브덴 박막은, 예를 들어 낮은 전기 비저항 갭 필, 3D-NAND를 위한 라이너 층, DRAM 워드 라인 피처, DRAM 상부 전극, 메모리, 또는 CMOS 로직 응용의 상호 연결 물질과 같은 다수의 응용에 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따른 반응 시스템을 세정하기 위한 방법(100)을 나타낸다. 방법(100)은, (1) 증착된 몰리브덴 막을 갖는 반응 챔버를 제공하는 단계(110); (2) 원격식 플라즈마 유닛을 점화시키는 단계(120); (3) 원격식 플라즈마 유닛 내로 할라이드 전구체를 유동시키는 단계(130); (4) 원격식 플라즈마 유닛 내에 형성된 라디칼 가스를 반응 챔버 내로 유동시키는 단계(140); 및 (5) 반응 챔버로부터 부산물을 퍼지하는 단계(150)를 포함한다. 그 다음, 공정은 단계(160)에서 빠져나갈 수 있고, 이에 따라 추가적인 공정 처리 단계, 예컨대 추가적인 막 증착 공정, 세정 공정, 또는 어닐링 공정이 발생한다.
단계(110)에서 증착된 몰리브덴 막은 몰리브덴 또는 몰리브덴 나이트라이드를 포함할 수 있다. 플라즈마 점화 단계(120)는 불활성 가스를 원격식 플라즈마 유닛으로 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 불활성 가스는 아르곤, 크세논, 또는 다른 불활성 가스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 사용되는 원격식 플라즈마 유닛은, MKS Instruments, Inc. 또는 Lightwind Corporation에 의해 제조된 것을 포함할 수 있다.
플라즈마가 점화되면, 할라이드 전구체를 원격식 플라즈마 유닛으로 유동시키는 단계(130)가 발생한다. 할로겐화물 전구체는, 삼불화질소(NF3); 육불화황(SF6); 사불화탄소(CF4); 플루오로포름(CHF3); 옥타플루오로시클로부탄(C4F8); 삼불화염소(ClF3); 불소(F2); 또는 상기의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이는, 예를 들어 불소 라디칼을 포함한 라디칼 가스의 형성을 야기한다.
그 다음, 형성된 라디칼 가스가 단계(140)에서 원격식 플라즈마 유닛으로부터 반응 챔버 내로 흐른다. 반응 챔버는 300°C 내지 550°C, 350°C 내지 500°C, 또는 400°C 내지 450°C 범위의 온도로 유지될 수 있다. 온도가 너무 높으면 과도한 반응성 라디칼 가스가 발생하여 원하는 것보다 많은 몰리브덴 또는 몰리브덴 나이트라이드 막을 제거시킬 수 있다.
형성된 라디칼 가스의 유량은, 몰리브덴 또는 몰리브덴 나이트라이드 막의 제거 속도에 영향을 미칠 수 있다. 유량은 원격식 플라즈마 유닛에 제공된 불활성 가스의 유량에 의해 영향을 받을 수 있다. 형성된 라디칼 가스 유량의 더 클수록 막의 제거가 더 빠를 수 있다. 이는 유지보수를 위한 반응 챔버의 제조 중단 시간을 감소시킬 수 있다. 형성된 라디칼 가스의 더 높은 유량은, 1500 내지 3000 sccm, 2000 내지 3000 sccm, 또는 2500 내지 3000 sccm의 범위일 수 있다.
그러나, 형성된 라디칼 가스의 더 낮은 유량이 요구되는 상황이 있을 수 있다. 더 낮은 유량은, 라디칼 가스가 도달하기가 더 어려운 반응 챔버의 영역에 대해 바람직할 수 있다. 더 낮은 유량은, 형성된 라디칼 가스의 체류 시간을 증가시켜, 그것으로 하여금 반응 챔버의 모서리와 같이 접근하기 어려운 영역에 도달시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 반응 챔버를 철저하게 세정할 수 있다. 형성된 라디칼 가스의 더 낮은 유량은, 50 내지 500 sccm, 100 내지 300 sccm, 또는 100 내지 200 sccm의 범위일 수 있다.
방법(100)은, 또한 반응 챔버로부터 부산물을 퍼지하기 위한 단계(150)를 포함한다. 라디칼 가스는 증착된 몰리브덴 막과 반응하고 기상 부산물을 형성할 수 있다. 그 다음, 이들 부산물은 불활성 가스를 퍼지함으로써 반응 챔버로부터 제거된다. 불활성 가스는 아르곤; 크세논; 질소; 또는 헬륨 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 구현예에서, 반응 챔버의 내벽 상에 증착된 몰리브덴 막을 제거하기 위해 불소 라디칼이 사용될 수 있다. 불소 라디칼은, 예시적인 할라이드 전구체로서 삼불화질소(NF3)를 사용하여, 단계(130) 동안에 원격식 플라즈마 유닛에서 제1 반응에 따라 형성된다:
NF3 → F* + NF2 + NF
그 다음, 불소 라디칼은 이러한 방식으로 몰리브덴 막과 반응하여 단계(140) 동안에 부산물을 형성한다:
F* + Mo → MoF6(g)
그 다음, 이들 부산물은 단계(150)에서 불활성 가스를 이용해 반응 챔버로부터 제거된다.
본 개시의 구현예를 수행하기에 적합한 반응기 또는 반응 챔버는 전구체를 제공하도록 구성된 CVD 반응기뿐만 아니라 ALD 반응기를 포함할 수 있다. 일부 구현예에 따라, 샤워헤드 반응기가 사용될 수 있다. 일부 구현예에 따라, 단일 웨이퍼, 교차식 흐름, 배치식, 미니배치식 또는 공간 분할형 ALD 반응기가 사용될 수 있다.
본 개시의 일부 실시예에서, 배치식 반응기가 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 수직형 배치식 반응기가 사용될 수 있다. 다른 구현예에서, 배치식 반응기는 10매 이하의 웨이퍼, 8매 이하의 웨이퍼, 6매 이하의 웨이퍼, 4매 이하의 웨이퍼 또는 2매 이하의 웨이퍼를 수용하도록 구성된 미니 배치식 반응기를 포함한다.
도 2는 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따른 반응 시스템(200)을 나타낸다. 반응 시스템(200)은, 반응 챔버(210); 원격식 플라즈마 유닛(220); 제1 반응물 전구체 공급원(230); 불활성 가스 공급원(240); 할라이드 전구체 공급원(250); 제2 반응물 전구체 또는 퍼지 가스 공급원(260); 선택적인 제3 반응물 전구체 공급원(270); 일련의 가스 라인(280A-280E); 및 주 가스 라인(290)을 포함할 수 있다.
반응 챔버(210)는, 예를 들어 배치식, 단일 웨이퍼, 또는 미니 배치식 툴 중 어느 것이든, 사용되는 반응 시스템(200)의 유형에 따라 형상 및 구성을 가질 수 있다. 반응 챔버(210)의 형상 및 구성은, 또한 반응 시스템(200)에서 사용되는 공정에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 공정은 ALD 공정 또는 CVD 공정인지에 따라 달라질 수 있다.
원격식 플라즈마 유닛(220)은, 가스 라인(280A)을 통해 불활성 가스 공급원(240)으로부터 제공된 불활성 가스에 의해 점화된다. 그 다음, 원격식 플라즈마 유닛(220)은 가스 라인(280B)을 통해 할라이드 전구체 공급원(250)에 의해 제공된 할라이드 가스를 활성화시킨다. 할라이드 전구체 공급원(250)으로부터의 할라이드 가스는, 삼불화질소(NF3); 육불화황(SF6); 사불화탄소(CF4); 플루오로포름(CHF3); 옥타플루오로시클로부탄(C4F8); 삼불화염소(ClF3); 불소(F2); 또는 상기의 혼합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
활성화된 할라이드 가스 및 불활성 가스는 라디칼 가스를 형성하며, 이는 그 다음 주 가스 라인(290)을 통해 반응 챔버(210)로 이동한다. 주 가스 라인(290)은, 반응 시스템(200)이 배치식 또는 미니 배치식 시스템인 경우 인젝터 시스템을 포함할 수도 있다. 주 가스 라인(290)은, 단일 웨이퍼 시스템용 매니폴드, 샤워헤드, 또는 주입 플랜지를 포함할 수도 있다.
반응 시스템(200)은 또한 몰리브덴 막 또는 몰리브덴 나이트라이드 막을 증착하기 위해, 가스 라인(280C)을 통해 반응 챔버(210)에 제1 반응물 전구체를 제공하는 제1 반응물 전구체 공급원(230)을 포함할 수 있다. 제1 반응물 전구체는, 몰리브덴 할라이드 전구체, 예컨대 몰리브덴 클로라이드 전구체, 몰리브덴 요오드 전구체, 또는 몰리브덴 브로마이드 전구체; 또는 몰리브덴 칼코지나이드, 예컨대 몰리브덴 옥시클로라이드, 몰리브덴 옥시요오드, 몰리브덴(IV) 디클로라이드 디옥사이드(MoO2Cl2) 전구체, 또는 몰리브덴 옥시브로마이드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
반응 시스템(200)은, 또한 가스 라인(280D)을 통해 반응물 전구체 또는 퍼지 가스를 제공하는 제2 반응물 전구체 또는 퍼지 가스 공급원(260)을 포함할 수 있다. 가스 공급원(260)이 퍼지 가스를 제공하는 경우, 퍼지 가스는 방법(100)의 단계(150)에서 전술한 바와 같이 증착된 몰리브덴 또는 몰리브덴 나이트라이드 막과 라디칼 가스 사이의 반응 부산물을 제거하는 데 사용될 수 있다. 가스 공급원(260)이 제2 반응물 전구체를 제공하는 경우, 제2 반응물 전구체는 제1 반응물 전구체 공급원(230)으로부터의 제1 반응물 전구체와 반응하여 몰리브덴 막 또는 몰리브덴 나이트라이드 막을 증착할 수 있다.
반응 시스템(200)은, 또한 가스 라인(280E)을 통해 원격식 플라즈마 유닛(220)에 선택적인 제3 반응물을 제공하는 선택적인 제3 반응물 전구체 공급원(270)을 포함할 수 있다. 그 다음, 선택적인 제3 반응물은 활성화되고 반응 챔버(210)로 흐르며, 여기서 이는 제1 반응물 전구체 또는 제2 반응물 전구체와 반응하여 몰리브덴 막 또는 몰리브덴 나이트라이드 막을 증착할 수 있다. 저온 증착 공정과 같이 활성화된 전구체가 필요한 경우에, 선택적인 제3 반응물 전구체 공급원(270)이 사용될 수 있다.
본 개시의 적어도 하나의 구현예에서, 배치식 반응기 시스템은 반응 튜브 내부에 증착된 몰리브덴 또는 몰리브덴 나이트라이드 막을 제거 청소할 수 있다. 도 3은 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 따른 배치식 반응 시스템(300)을 나타낸다. 배치식 반응기 시스템(300)은, 반응 튜브(310); 웨이퍼 보트(320); 웨이퍼 보트 홀더(330); 인시츄 라디칼 발생기(340); 할라이드 가스 공급원(350); 불활성 가스 공급원(360); 산소 가스 공급원(370); 제1 반응물 전구체 공급원(380); 및 제2 반응물 전구체 공급원(390)을 포함한다.
반응 튜브(310)는 석영을 포함할 수 있고, 보트(320) 내에 배치된 웨이퍼 상에 몰리브덴 막 또는 몰리브덴 나이트라이드 막이 증착되는 반응 공간을 정의한다. 웨이퍼 보트 홀더(330)는 웨이퍼 보트(320)를 유지하고, 웨이퍼를 반응 튜브(310) 내로 그리고 반응 튜브로부터 이동시킨다. 세정 공정 동안, 웨이퍼 보트(320)가 반응 튜브(310)의 외부에 있는 것이 바람직할 수 있다.
인시츄 라디칼 발생기(340)는, 인시츄 플라즈마 발생기, 예컨대 유도 결합 플라즈마(ICP) 발생기 또는 용량 결합 플라즈마(CCP) 발생기를 포함할 수 있다. 대안적으로, 할라이드 가스 공급원(350)의 화학물질이 불안정하고 자연적으로 라디칼을 형성하는 것으로 입증될 수 있기 때문에, 인시츄 라디칼 발생기(340)는 선택사항일 수 있고, 예를 들어 배치식 반응기 시스템(300) 내의 금속성 표면은 삼불화질소(NF3) 또는 삼불화염소(ClF3)와 같은 불안정한 할라이드 가스와 접촉하는 경우에 라디칼의 형성을 야기할 수 있다.
할라이드 가스 공급원(350)은, 가스 라인 및 인젝터 구조를 통해 반응 튜브(310)에 할라이드 가스를 제공할 수 있다. 할라이드 가스는 삼불화질소(NF3); 삼불화염소(ClF3); 불소(F2); 염소(Cl2); 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 할라이드 가스는 반응 튜브(310)의 석영 상에 형성된 금속성 몰리브덴 또는 몰리브덴 나이트라이드의 층을 식각하는 데 사용될 수 있다. 할라이드 가스의 유량은 10 내지 700 sccm, 50 내지 600 sccm, 또는 100 내지 300 sccm 범위일 수 있다. 할라이드 가스의 유량은, 할라이드 가스가 가열되는 경웨 배치식 반응기 시스템(300)의 내부에 대한 손상이 제한되도록 해야 한다. 세정 공정 동안의 반응 튜브(310) 내 온도는 300oC 내지 750oC, 350oC 내지 700oC, 또는 400oC 내지 600oC 범위일 수 있다. 세정 공정 동안에 반응 튜브(310) 내의 압력은 0.1 내지 10 토르, 또는 0.5 내지 5 토르, 또는 1 내지 3 토르 범위일 수 있다.
불활성 가스 공급원(360)은, 가스 라인 및 인젝터 구조를 통해 반응 튜브(310)에 불활성 가스를 제공할 수 있다. 불활성 가스는 아르곤; 크세논; 질소; 또는 헬륨 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 불활성 가스는, 인시츄 라디칼 발생기(340)가 인시츄 플라즈마 발생기를 포함하는 경우에 반응 튜브(310) 내에서 인시츄 플라즈마를 활성화시키도록 기능할 수 있다. 그 다음, 활성화된 인시츄 플라즈마는 할라이드 가스를 라디칼 가스로 변환시킨다. 불활성 가스는 또한, 반응 튜브(310) 상의 증착된 몰리브덴 또는 몰리브덴 나이트라이드 막과 라디칼 가스의 반응으로부터 임의의 부산물을 퍼지하는 데 사용될 수 있다. 이러한 공정은, 다른 표면 상에 증착된 몰리브덴 또는 몰리브덴 나이트라이드와 비교하면, 석영 상에 증착된 몰리브덴 또는 몰리브덴 나이트라이드를 식각하거나 세정하기 위해 더 큰 선택도를 허용할 수 있다.
일단 세정 또는 식각 공정이 완료되면, 산소 가스 공급원(370)으로부터의 산소 가스를 이용한 어닐링 공정을 사용하여 석영 재료를 패시베이션할 수 있다. 산소 가스는 산소(O2); 수증기(H2O); 또는 과산화수소(H2O2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 반응 튜브(310)의 석영을 패시베이션함으로써, 이는 추가의 몰리브덴 또는 몰리브덴 나이트라이드 증착 동안에 메모리 효과를 회피한다.
제1 반응물 전구체 공급원(380)과 제2 반응물 전구체 공급원(390)이, 웨이퍼 보트(310)에 배치된 웨이퍼 상으로 몰리브덴 또는 몰리브덴 나이트라이드 막을 증착하는 데 사용되는 제1 반응물 전구체와 제2 반응물 전구체를 제공할 수 있다. 제1 반응물 전구체는, 몰리브덴 할라이드 전구체, 예컨대 몰리브덴 클로라이드 전구체, 몰리브덴 요오드 전구체, 또는 몰리브덴 브로마이드 전구체; 또는 몰리브덴 칼코지나이드, 예컨대 몰리브덴 옥시클로라이드, 몰리브덴 옥시요오드, 몰리브덴(IV) 디클로라이드 디옥사이드(MoO2Cl2) 전구체, 또는 몰리브덴 옥시브로마이드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전술한 본 개시의 예시적 구현예는 본 발명의 범주를 제한하지 않는데, 그 이유는 이들 구현예는 본 발명의 구현예의 예시일 뿐이기 때문이며, 이는 첨부된 청구범위 및 그의 법적 균등물에 의해 정의된다. 임의의 균등한 구현예는 본 발명의 범주 내에 있도록 의도된다. 확실하게, 본원에 나타내고 설명된 것 외에도, 설명된 요소의 대안적인 유용한 조합과 같이, 본 개시의 다양한 변경은 설명으로부터 당업자에게 분명할 수 있다. 이러한 변경 및 구현예도 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.
Claims (24)
- 반응 챔버의 내벽을 세정하는 방법으로서, 상기 방법은,
상기 반응 챔버의 내벽 상에 몰리브덴 막이 증착되는 반응 챔버를 제공하는 단계;
불활성 가스를 원격식 플라즈마 유닛 내로 유동시킴으로써 원격식 플라즈마를 점화하는 단계;
할라이드 전구체를 상기 원격식 플라즈마 유닛 내로 유동시켜 라디칼 가스를 형성하는 단계;
상기 라디칼 가스를 상기 원격식 플라즈마 유닛으로부터 상기 반응 챔버 내로 유동시키되, 상기 라디칼 가스는 상기 몰리브덴 막과 반응하는 단계; 및
상기 라디칼 가스와 상기 몰리브덴 막의 반응 부산물을 상기 반응 챔버로부터 제거하기 위해 퍼지 가스를 유동시키는 단계를 포함하되,
상기 몰리브덴 막은 몰리브덴; 또는 몰리브덴 나이트라이드 중 적어도 하나를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 반응 챔버는 원자층 증착(ALD) 반응 시스템; 화학 기상 증착(CVD) 반응 시스템; 단일 웨이퍼 증착 시스템; 배치식 웨이퍼 증착 시스템; 수직형 퍼니스 증착 시스템; 교차식 흐름 증착 시스템; 미니배치식 증착 시스템; 또는 공간 분할형 ALD 증착 시스템 중 적어도 하나에 일체식인, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 불활성 가스는 아르곤; 크세논; 헬륨; 또는 질소 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 할라이드 전구체는 삼불화질소(NF3); 육불화황(SF6); 사불화탄소(CF4); 플루오로포름(CHF3); 옥타플루오로시클로부탄(C4F8); 삼불화염소(ClF3); 불소(F2); 또는 상기의 혼합물 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 퍼지 가스는 질소(N2); 헬륨(He); 아르곤; 또는 크세논 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 몰리브덴 막을 증착하기 위해 제1 반응물 전구체 공급원으로부터 제1 반응물을 유동시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 제1 반응물은 몰리브덴 할라이드 전구체; 몰리브덴 클로라이드 전구체; 몰리브덴 요오드 전구체; 몰리브덴 브로마이드 전구체; 몰리브덴 칼코지나이드; 몰리브덴 옥시클로라이드; 몰리브덴 옥시요오드; 몰리브덴(IV) 디클로라이드 디옥사이드(MoO2Cl2) 전구체; 또는 몰리브덴 옥시브로마이드 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 몰리브덴 막을 증착하기 위해 제2 반응물 전구체 공급원으로부터 제2 반응물을 유동시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 반응 챔버는 300oC 내지 550oC, 350oC 내지 500oC, 또는 400oC 내지 450oC 범위의 온도를 갖는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 라디칼 가스를 유동시키는 단계는, 1500 내지 3000 sccm, 2000 내지 3000 sccm, 또는 2500 내지 3000 sccm 범위의 유량으로 상기 라디칼 가스를 유동시킴으로써 달성되는 높은 유량 모드를 갖는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 라디칼 가스를 유동시키는 단계는, 50 내지 500 sccm, 100 내지 300 sccm, 또는 100 내지 200 sccm 범위의 유량으로 상기 라디칼 가스를 유동시킴으로써 달성되는 낮은 유량 모드를 갖는, 방법.
- 반도체 막을 증착하기 위한 반응 시스템으로서, 상기 반응 시스템은,
처리될 기판을 유지하도록 구성되고 내부 상에 증착된 막을 갖는 반응 챔버로서, 상기 증착된 막이 몰리브덴 또는 몰리브덴 나이트라이드 중 적어도 하나를 포함하는, 반응 챔버;
원격식 플라즈마 유닛;
상기 원격식 플라즈마 유닛에 할라이드 가스를 제공하도록 구성된 할라이드 전구체 공급원;
상기 원격식 플라즈마 유닛에 불활성 가스를 제공하도록 구성된 불활성 가스 공급원;
상기 원격식 플라즈마 유닛으로 진입하지 않는 제1 반응물 전구체를 상기 반응 챔버에 제공하도록 구성된 제1 반응물 전구체 공급원; 및
제2 반응물 전구체 또는 퍼지 가스를 상기 반응 챔버에 제공하도록 구성된 제2 반응물 전구체 또는 퍼지 가스 공급원을 포함하되,
상기 원격식 플라즈마 유닛은 상기 할라이드 가스와 상기 불활성 가스의 혼합물을 활성화시켜 상기 반응 챔버로 흐르는 라디칼 가스를 형성하도록 구성되고,
상기 라디칼 가스는 상기 증착된 막과 반응하여 상기 증착된 막을 상기 반응 챔버로부터 제거하는 반응 시스템. - 제14항에 있어서, 상기 반응 시스템은, 원자층 증착(ALD) 반응 시스템; 화학 기상 증착(CVD) 반응 시스템; 단일 웨이퍼 증착 시스템; 교차식 흐름 증착 시스템; 또는 미니배치식 증착 시스템; 또는 공간 분할형 ALD 증착 시스템 중 적어도 하나를 포함하는, 반응 시스템.
- 제14항에 있어서, 상기 불활성 가스는 아르곤; 크세논; 헬륨; 또는 질소 중 적어도 하나를 포함하는, 반응 시스템.
- 제14항에 있어서, 상기 할라이드 전구체는 삼불화질소(NF3); 육불화황(SF6); 사불화탄소(CF4); 플루오로포름(CHF3); 옥타플루오로시클로부탄(C4F8); 삼불화염소(ClF3); 불소(F2); 또는 상기의 혼합물 중 적어도 하나를 포함하는, 반응 시스템.
- 제14항에 있어서, 상기 제1 반응물 전구체는 몰리브덴 할라이드 전구체; 몰리브덴 클로라이드 전구체; 몰리브덴 요오드 전구체; 몰리브덴 브로마이드 전구체; 몰리브덴 칼코지나이드; 몰리브덴 옥시클로라이드; 몰리브덴 옥시요오드; 몰리브덴(IV) 디클로라이드 디옥사이드(MoO2Cl2) 전구체; 또는 몰리브덴 옥시브로마이드 중 적어도 하나를 포함하는, 반응 시스템.
- 제14항에 있어서, 상기 라디칼 가스를 유동시키는 단계는, 1500 내지 3000 sccm, 2000 내지 3000 sccm, 또는 2500 내지 3000 sccm 범위의 유량으로 상기 라디칼 가스를 유동시킴으로써 달성되는 높은 유량 모드를 갖는, 반응 시스템.
- 제14항에 있어서, 상기 라디칼 가스를 유동시키는 단계는, 50 내지 500 sccm, 100 내지 300 sccm, 또는 100 내지 200 sccm 범위의 유량으로 상기 라디칼 가스를 유동시킴으로써 달성되는 낮은 유량 모드를 갖는, 반응 시스템.
- 반도체 막을 증착하기 위한 배치식 반응 시스템으로서, 상기 반응 시스템은,
처리될 기판 보트를 유지하도록 구성되고 내부 상에 증착된 막을 갖는 반응 튜브로서, 상기 증착된 막이 몰리브덴 또는 몰리브덴 나이트라이드 중 적어도 하나를 포함하는, 반응 튜브;
인시츄 라디칼 발생기;
상기 반응 튜브에 할라이드 가스를 제공하도록 구성된 할라이드 전구체 공급원;
상기 반응 튜브에 불활성 가스를 제공하도록 구성된 불활성 가스 공급원;
상기 반응 튜브에 산소 가스를 제공하도록 구성된 산소 가스 공급원;
상기 반응 튜브에 제1 반응물 전구체를 제공하도록 구성된 제1 반응물 전구체 공급원; 및
상기 반응 챔버에 제2 반응물 전구체를 제공하도록 구성된 제2 반응물 전구체 공급원을 포함하되,
상기 인시츄 라디칼 발생기는 상기 할라이드 가스를 활성화시켜 상기 반응 튜브 내에 라디칼 가스를 형성하도록 구성되고,
상기 라디칼 가스는 상기 증착된 막과 반응하여 상기 증착된 막을 상기 반응 튜브로부터 제거하는 배치식 반응 시스템. - 제19항에 있어서, 상기 불활성 가스는 아르곤; 크세논; 헬륨; 또는 질소 중 적어도 하나를 포함하는, 배치식 반응 시스템.
- 제19항에 있어서, 상기 할라이드 가스는 삼불화질소(NF3); 삼불화염소(ClF3); 불소(F2); 염소(Cl2); 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는, 배치식 반응 시스템.
- 제19항에 있어서, 상기 산소 가스는 산소(O2); 수증기(H2O); 또는 과산화수소(H2O2) 중 적어도 하나를 포함하는, 배치식 반응 시스템.
- 제19항에 있어서, 상기 제1 반응물 전구체는 몰리브덴 할라이드 전구체; 몰리브덴 클로라이드 전구체; 몰리브덴 요오드 전구체; 몰리브덴 브로마이드 전구체; 몰리브덴 칼코지나이드; 몰리브덴 옥시클로라이드; 몰리브덴 옥시요오드; 몰리브덴(IV) 디클로라이드 디옥사이드(MoO2Cl2) 전구체; 또는 몰리브덴 옥시브로마이드 중 적어도 하나를 포함하는, 배치식 반응 시스템.
- 제19항에 있어서, 상기 할라이드 가스의 흐름은 10 내지 700 sccm, 50 내지 500 sccm, 또는 100 내지 300 sccm 범위인, 배치식 반응 시스템.
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