KR20220021498A - 실리콘 산화물 에칭 방법 - Google Patents

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장동현
백승호
김정수
임정근
전기완
최한기
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Abstract

실리콘 산화물 에칭 방법은 기판 처리 장치 내에 웨이퍼를 반송하고, 상기 기판 처리 장치 내에 NH3 가스를 제공하고, 상기 기판 처리 장치의 공정 튜브의 내부 온도를 500℃내지 1000℃로 가열하고, 상기 기판 처리 장치 내에 HF 가스를 제공하여 상기 웨이퍼 상의 실리콘 산화물을 에칭하고, 및 상기 기판 처리 장치 내에 퍼지 가스를 제공하는 것을 포함한다.

Description

실리콘 산화물 에칭 방법{Methods for etching silicon oxide}
본 개시의 기술적 사상은 실리콘 산화물 에칭 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조 공정에는 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 자연 산화막 또는 실리콘 웨이퍼 상에 증착하여 형성한 실리콘 산화물을 에칭하는 공정이 필요하다.
본 개시의 기술적 사상의 실시예들에 따른 과제는 HF가스를 제공하기 전에 실리콘 산화물을 고온의 조건에서 NH3처리하는 것을 포함하는 실리콘 산화물 에칭 방법을 제공하는데 있다.
본 개시의 실시예들에 따른 실리콘 산화물 에칭 방법은 기판 처리 장치 내에 웨이퍼를 반송하고, 상기 기판 처리 장치 내에 NH3 가스를 제공하고, 상기 기판 처리 장치의 공정 튜브의 내부 온도를 500℃ 내지 1000℃로 가열하고, 상기 기판 처리 장치 내에 HF 가스를 제공하여 상기 웨이퍼 상의 실리콘 산화물을 에칭하고, 및 상기 기판 처리 장치 내에 퍼지 가스를 제공하는 것을 포함할 수 있다.
본 개시의 실시예들에 따른 실리콘 산화물 에칭 방법은 기판 처리 장치 내에 복수의 웨이퍼가 탑재된 보트를 반송하고, 상기 기판 처리 장치는 공정 튜브, 상기 공정 튜브를 지지하는 매니폴드를 포함하며, 상기 공정 튜브와 연통하는 제1 노즐을 통해 상기 공정 튜브에 NH3 가스를 제공하고, 상기 공정 튜브를 둘러싸는 히터를 이용하여 상기 공정 튜브의 내부 온도를 500℃ 내지 1000℃로 가열하고, 상기 공정 튜브와 연통하는 제2 노즐을 통해 상기 공정 튜브 내에 HF 가스를 제공하여 상기 각 웨이퍼 상의 실리콘 산화물을 에칭하고, 및 상기 공정 튜브와 연통하는 제3 노즐을 통해 상기 공정 튜브 내에 퍼지 가스를 제공하는 것을 포함할 수 있다.
본 개시의 실시예들에 따르면 실리콘 산화물 에칭 시 HF 소모량을 줄일 수 있으며, 실리콘 산화물 에칭 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 실리콘 산화물 에칭 방법의 플로우 차트이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 도시한다.
도 3 내지 도 5는 실리콘 산화물 에칭 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 실리콘 산화물 에칭 방법의 플로우 차트이다.
도 1을 참조하면, 실리콘 산화물 에칭 방법은 기판 처리 장치(100) 내에 웨이퍼(W)를 반송하는 것(S100), 기판 처리 장치(100) 내에 NH3가스를 제공하고 웨이퍼(W)를 가열하는 것(S110), 기판 처리 장치(100) 내에 HF 가스를 제공하여 웨이퍼(W) 상의 SiO2를 에칭하는 것(S120), 및 기판 처리 장치(100) 내에 퍼지 가스를 제공하는 것(S130)을 포함할 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)를 도시한다. 도 2에 도시된 기판 처리 장치(100)는 도 1에 도시된 실리콘 산화물 에칭 방법을 수행하는 데 사용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 배치형 반응로(batch type furnace) 구조를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 기판 처리 장치(100)는 보트(102), 공정 튜브(110), 측벽 단열재(120), 히터(130), 매니폴드(140). 제1 노즐(142a), 제2 노즐(142b), 제3 노즐(142c), 배기관(144), 진공 펌프(150), 스크러버(152), 캡(160), 구동 기구(170), 및 승강 기구(180)를 포함할 수 있다.
보트(102)는 복수의 웨이퍼들(W)을 탑재할 수 있다. 예를 들어, 복수의 웨이퍼(W)는 수직 방향으로 서로 이격되어 탑재될 수 있으며, 보트(102)는 복수의 웨이퍼들(W)을 지지할 수 있다. 기판 처리 장치(100) 내에서는 복수의 웨이퍼(W)가 제공되므로, 복수의 웨이퍼들(W)에 대해 증착 또는 에칭이 이루어질 수 있다.
공정 튜브(110)는 내부에 보트(102)를 수용하여 반응 챔버를 정의할 수 있으며, 공정 튜브(110) 내에서 웨이퍼(W)에 대한 기판 처리 공정이 수행될 수 있다. 공정 튜브(110)는 외측 튜브(112) 및 내측 튜브(114)를 포함할 수 있으며, 수직 방향으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 내측 튜브(114)는 상단 및 하단이 개방된 원통 형상을 가지며, 내부에 보트(102)를 수용할 수 있다. 외측 튜브(112)는 하단이 개방된 원통형 형상을 가질 수 있으며, 외측 튜브(112)의 상단은 돔 형상을 가질 수 있다. 외측 튜브(112)의 하단은 반경 방향으로 돌출하는 플랜지(112a)를 포함할 수 있으며, 내측 튜브(114)의 하단은 반경 방향으로 돌출하는 플랜지(114a)를 포함할 수 있다.
외측 튜브(112)와 내측 튜브(114)는, 석영, 실리콘 카바이드와 같은 내열성 물질로 이루어질 수 있다.
측벽 단열재(120)는 공정 튜브(110)의 외측에 배치되며, 공정 튜브(110)를 둘러쌀 수 있다. 측벽 단열재(120)는 공정 튜브(110)를 외부와 격리시킬 수 있으며, 공정 튜브(110) 사이에 내부 공간을 제공할 수 있다. 측벽 단열재(120)는 하단이 개방된 원통 형상을 가질 수 있다. 측벽 단열재(120)는 세라믹과 같은 고단열성의 물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
히터(130)는 측벽 단열재(120)의 내부에 배치될 수 있으며, 예를 들어, 내부 공간에 배치될 수 있다. 히터(130)는 하단 및 상단이 개방된 원통 형상을 가질 수 있다. 히터(130)는 가열 기구를 포함할 수 있으며, 공정 튜브(110)의 온도를 조절할 수 있다.
매니폴드(140)는 공정 튜브(110)의 아래에 배치될 수 있으며, 공정 튜브(110)를 지지할 수 있다. 예를 들어, 매니폴드(140)는 외측 튜브(112)의 플랜지(112a) 및 내측 튜브(114)의 플랜지(114a)를 지지할 수 있다. 일 실시예에서, 외측 튜브(112)는 플랜지(112a)와 상기 매니폴드(140) 사이에 개재되는 오링(o-ring)과 같은 밀봉 부재를 통해서 밀폐될 수 있다. 또한, 매니폴드(140)는 측벽 단열재(120) 및 히터(130)를 지지할 수 있다.
매니폴드(140)는 상부 및 하부가 개방된 원통 형상을 가질 수 있다. 상기 매니폴드(140)는, 예를 들어, 강철을 포함할 수 있다.
제1 노즐(142a), 제2 노즐(142b), 및 제3 노즐(142c)은 매니폴드(140)에 설치될 수 있다. 제1 노즐(142a), 제2 노즐(142b), 및 제3 노즐(142c)은 공정 튜브(110) 내에 가스를 분사할 수 있다. 예를 들어, 제1 노즐(142a), 제2 노즐(142b), 및 제3 노즐(142c)은 공정 튜브(110)의 내측 튜브(114)와 연통하여 웨이퍼(W)에 가스를 제공할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 제1 노즐(142a), 제2 노즐(142b), 및 제3 노즐(142c)은 각각 가스 공급로에 의해 가스 공급원 및 유량 제어기에 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 노즐(142a)은 NH3 가스를 공급할 수 있으며, 제2 노즐(142b)은 HF 가스를 공급할 수 있으며, 제3 노즐(142c)은 퍼지 가스를 공급할 수 있다. 제1 노즐(142a), 제2 노즐(142b), 및 제3 노즐(142c)은, 예를 들어, 석영, 스테인레스강 또는 합금을 재질을 포함할 수 있다.
배기관(144)은 매니폴드(140)에 설치되어 공정 튜브(110) 내의 가스를 외부로 배출할 수 있다. 예를 들어, 배기관(144)은 내측 튜브(114)와 외측 튜브(112) 사이의 공간과 연결될 수 있다.
진공 펌프(150) 및 스크러버(152)는 배기관(144)에 연결될 수 있다. 진공 펌프(150)는 배기관(144)에 연결되어 공정 튜브(110) 내의 압력을 조절할 수 있으며, 배기관(144)과 진공 펌프(150) 사이에는 밸브가 개재될 수 있다. 스크러버(152)는 진공 펌프(150)와 연결되며 배기관(144)으로부터 제공된 가스를 외부로 배출할 수 있다. 예를 들어, 공정 튜브(110)에 제공된 가스의 반응 부산물 및/또는 반응하지 않고 배기관(144)으로 나오는 가스를 스크러버(152)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 스크러버(152)는 배기관(144)으로부터 제공된 가스 중 유해한 물질을 포집할 수 있다.
캡(160)은 판 형상으로 형성되며, 매니폴드(140)의 하단과 접할 수 있다. 캡(160)은 공정 튜브(110)를 외부로부터 밀폐시킬 수 있다.
구동 기구(170)는 캡(160)의 하부에 설치될 수 있다. 보트(102)의 하단부로부터 연장되는 회전축은 캡(160)을 관통하여 구동 기구(170)와 연결될 수 있다. 구동 기구(170)는 보트(102)를 수평 방향으로 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 구동 기구(170)는 캡(160)을 회전시키는 모터를 포함할 수 있다.
승강 기구(180)는 구동 기구(170)에 연결될 수 있으며, 캡(160)을 승강 및 하강 시켜 보트(102)를 공정 튜브(110) 내로 인입 또는 인출할 수 있다.
도 1의 플로우 차트 및 도 3 내지 도 5를 참조하여, 실리콘 산화물 에칭 방법에 대해 상세히 설명하고자 한다.
기판 처리 장치(100) 내에 웨이퍼(W)를 반송하는 것(S100)과 관련하여, 도 2를 참조하면, 웨이퍼(W)는 보트(102)에 탑재될 수 있으며, 보트(102)는 승강 기구(180)를 통해 공정 튜브(110) 내로 인입될 수 있다. 보트(102)가 인입된 후, 캡(160)은 공정 튜브(110)를 밀폐시키도록 매니폴드(140)의 하면과 접할 수 있다.
도 3은 실리콘 산화물을 도시한다. 상기 실리콘 산화물은 웨이퍼(W) 상에 증착되어 형성될 수 있다. 일 실시예예서, 웨이퍼(W)는 실리콘 산화물이 증착된 채로 기판 처리 장치(100) 내에 제공될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다른 실시예에서, 실리콘 산화물 에칭 공정 전에, 웨이퍼(W)가 기판 처리 장치(100) 내에 제공된 후, 원자층 증착(atomic layer deposition; ALD)와 같은 증착 공정에 의해 웨이퍼(W) 상에 실리콘 산화물이 형성될 수 있다.
기판 처리 장치(100) 내에 NH3가스를 제공하고 기판 처리 장치(100) 내부를 가열하는 것(S110)과 관련하여, 도 2 및 도 4를 참조하면, 제1 노즐(142a)로부터 NH3가스가 공정 튜브(110) 내부로 제공될 수 있다. NH3가스는 보트(102)의 각 웨이퍼(W)에 균일하게 분사될 수 있다. 또한, 히터(130)는 기판 처리 장치(100) 내부를 소정의 온도로 가열할 수 있다. 일 실시예에서, 히터(130)는 내부 공간을 가열하여 공정 튜브(110) 내부의 온도를 500℃ 내지 1000℃로 조정할 수 있다. 히터(130)를 둘러싸는 측벽 단열재(120)는 내부 공간을 외부로부터 단열시킬 수 있다. 이와 같이, 고온의 조건에서 웨이퍼(W)에 NH3가스를 분사함으로써, 실리콘 산화물은 NH3가스와 반응하여 H2O를 형성할 수 있다. 도 4를 참조하면, 형성된 H2O는 실리콘 산화물 내부에 갇힐 수 있다. 다시 말해, 실리콘 산화물은 내부에 H2O을 포함할 수 있다.
기판 처리 장치(100) 내에 HF 가스를 제공하여 웨이퍼(W) 상의 SiO2를 에칭하는 것(S120)과 관련하여, 도 2 및 도 5를 참조하면, 제2 노즐(142b)로부터 HF가스가 공정 튜브(110) 내부로 제공될 수 있다. HF가스는 보트(102)의 각 웨이퍼(W)에 균일하게 분사될 수 있다. 또한, 공정 튜브(110)는 소정의 온도로 조정될 수 있다. 일 실시예에서, 공정 튜브(110) 내의 온도는 40℃ 이하로 조정될 수 있다. 예를 들어, 공정 튜브(110) 내의 온도는 20℃ 내지 40℃일 수 있다. 이와 같이, 상온의 조건에서 웨이퍼(W)에 HF가스를 분사함으로써, H2O을 포함하는 실리콘 산화물은 HF가스와 반응하여 에칭될 수 있다.
일 실시예에서, 기판 처리 장치(100) 내에 NH3가스를 제공하고 기판 처리 장치(100) 내부를 가열하는 단계(S110) 및 기판 처리 장치(100) 내에 HF 가스를 제공하여 웨이퍼(W) 상의 SiO2를 에칭하는 단계(S120)는 인-시츄(in-situ)로 수행될 수 있다. 또한, 기판 처리 장치(100) 내에 NH3가스를 제공하고 기판 처리 장치(100) 내부를 가열하는 단계(S110) 및 기판 처리 장치(100) 내에 HF 가스를 제공하여 웨이퍼(W) 상의 SiO2를 에칭하는 단계(S120)에서 구동 기구(170)가 보트(102)를 수평 방향으로 회전시킬 수 있다. 따라서, 각 웨이퍼(W)에 균일하게 NH3가스 및 HF 가스가 제공될 수 있다.
상술한 바와 같이, 실리콘 산화물을 에칭할 때, NH3가스를 HF가스와 동시에 분사하지 않고, NH3가스를 먼저 고온의 조건에서 실리콘 산화물과 반응시킴으로써, 실리콘 산화물은 H2O을 포함하게 된다. H2O을 포함하는 실리콘 산화물은 HF에 대한 식각률이 높다. 따라서, 에칭 단계에서 실리콘 산화물의 에칭 속도를 높여 에칭 효율을 증가시킬 수 있으며, 실리콘 산화물 에칭에 사용되는 HF의 소모량을 줄일 수 있다.
기판 처리 장치(100) 내에 퍼지 가스를 제공하는 것(S130)과 관련하여, 도 2를 참조하면, 제3 노즐(142c)로부터 퍼지 가스가 공정 튜브(110) 내부로 제공될 수 있다. 퍼지 가스는 공정 튜브(110)의 내측 튜브(114) 내부로 공급되어 외측 튜브(112)와 내측 튜브(114) 사이의 공간을 따라 배기관(144), 진공 튜브, 및 스크러버(152)를 따라 외부로 배출될 수 있다. 퍼지 가스는 공정 튜브(110) 내의 잔류 가스를 외부로 배출하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 산화물과 반응하지 않고 남은 NH3가스 및 HF 가스, 및 SiF4와 같은 식각 부산물이 퍼지 가스에 의해 외부로 배출될 수 있다.
퍼지 가스로는 예를 들어, N2, Ar, He, Ne, 및 이들의 조합이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 퍼지 가스로 N2 가스가 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 기판 처리 장치(100) 내에 NH3가스를 제공하고 기판 처리 장치(100) 내부를 가열하는 단계(S110) 및 기판 처리 장치(100) 내에 HF 가스를 제공하여 웨이퍼(W) 상의 SiO2를 에칭하는 단계(S120) 사이에서도 퍼지 가스가 공정 튜브(110) 내에 제공될 수 있으며, NH3가스가 공정 튜브(110) 내에서 제거될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 따른 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해하여야 한다.
100 : 기판 처리 장치 102 : 보트
110 : 공정 튜브 112 : 외측 튜브
112a : 플랜지 114 : 내측 튜브
114a : 플랜지 120 : 측벽 단열재
130 : 히터 140 : 매니폴드
142a : 제1 노즐 142b : 제2 노즐
142c : 제3 노즐 144 : 배기관
150 : 진공 펌프 152 : 스크러버
160 : 캡 170 : 구동 기구
180 : 승강 기구 W : 웨이퍼

Claims (10)

  1. 기판 처리 장치 내에 웨이퍼를 반송하고;
    상기 기판 처리 장치 내에 NH3 가스를 제공하고;
    상기 기판 처리 장치의 공정 튜브의 내부 온도를 500℃내지 1000℃로 가열하고;
    상기 기판 처리 장치 내에 HF 가스를 제공하여 상기 웨이퍼 상의 실리콘 산화물을 에칭하고; 및
    상기 기판 처리 장치 내에 퍼지 가스를 제공하는 것을 포함하는 실리콘 산화물 에칭 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 NH3 가스는 상기 실리콘 산화물 내에 H20를 형성하는 것을 포함하는 실리콘 산화물 에칭 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 퍼지 가스는 N2가스인 실리콘 산화물 에칭 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 HF 가스를 제공하기 전에,
    상기 공정 튜브 내의 온도를 20℃내지 40℃로 조정하는 것을 더 포함하는 실리콘 산화물 에칭 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 NH3가스를 제공하는 것과 상기 HF가스를 제공하는 것은 인-시츄로 수행되는 실리콘 산화물 에칭 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치 내에 HF 가스를 제공하기 전에,
    상기 기판 처리 장치 내에 퍼지 가스를 제공하여 상기 기판 처리 장치로부터 상기 NH3 가스를 배출하는 것을 더 포함하는 실리콘 산화물 에칭 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 NH3 가스를 제공하기 전에,
    상기 기판 처리 장치 내에서 상기 웨이퍼 상에 실리콘 산화물을 증착하는 것을 더 포함하는 실리콘 산화물 에칭 방법.
  8. 기판 처리 장치 내에 복수의 웨이퍼가 탑재된 보트를 반송하고, 상기 기판 처리 장치는 공정 튜브, 상기 공정 튜브를 지지하는 매니폴드를 포함하며;
    상기 공정 튜브와 연통하는 제1 노즐을 통해 상기 공정 튜브에 NH3 가스를 제공하고;
    상기 공정 튜브를 둘러싸는 히터를 이용하여 상기 공정 튜브의 내부 온도를 500℃내지 1000℃로 가열하고;
    상기 공정 튜브와 연통하는 제2 노즐을 통해 상기 공정 튜브 내에 HF 가스를 제공하여 상기 각 웨이퍼 상의 실리콘 산화물을 에칭하고; 및
    상기 공정 튜브와 연통하는 제3 노즐을 통해 상기 공정 튜브 내에 퍼지 가스를 제공하는 것을 포함하는 실리콘 산화물 에칭 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 퍼지 가스는 상기 공정 튜브와 연통하는 배기관을 통해 외부로 배출되는 실리콘 산화물 에칭 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 보트를 반송하는 것은
    상기 보트와 연결된 승강 기구를 사용하여 상기 보트를 공정 튜브 내로 인입하는 것을 포함하는 실리콘 산화물 에칭 방법.
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