KR20220033742A - 식각 물질로부터 장치를 보호하는 방법 및 산화막 형성 방법 - Google Patents

식각 물질로부터 장치를 보호하는 방법 및 산화막 형성 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220033742A
KR20220033742A KR1020200115975A KR20200115975A KR20220033742A KR 20220033742 A KR20220033742 A KR 20220033742A KR 1020200115975 A KR1020200115975 A KR 1020200115975A KR 20200115975 A KR20200115975 A KR 20200115975A KR 20220033742 A KR20220033742 A KR 20220033742A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
film
layer
seasoning
etching material
forming
Prior art date
Application number
KR1020200115975A
Other languages
English (en)
Inventor
김광기
임비오
Original Assignee
주식회사 테스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 테스 filed Critical 주식회사 테스
Priority to KR1020200115975A priority Critical patent/KR20220033742A/ko
Priority to PCT/KR2021/009671 priority patent/WO2022055124A1/ko
Priority to US18/025,572 priority patent/US20230343562A1/en
Publication of KR20220033742A publication Critical patent/KR20220033742A/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458Vessel
    • H01J37/32477Vessel characterised by the means for protecting vessels or internal parts, e.g. coatings
    • H01J37/32495Means for protecting the vessel against plasma
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458Vessel
    • H01J37/32477Vessel characterised by the means for protecting vessels or internal parts, e.g. coatings
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40Oxides
    • C23C16/401Oxides containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4404Coatings or surface treatment on the inside of the reaction chamber or on parts thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4405Cleaning of reactor or parts inside the reactor by using reactive gases
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244Gas supply means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/32798Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/32853Hygiene
    • H01J37/32862In situ cleaning of vessels and/or internal parts
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/332Coating
    • H01J2237/3321CVD [Chemical Vapor Deposition]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

식각 물질로부터 장치를 보호하는 방법 및 산화막 형성 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 식각 물질로부터 장치를 보호하는 방법은 (a) 장치의 노출면에 보호막을 형성하는 단계; (b) 상기 보호막 상에 시즈닝막을 형성하는 단계; (c) 상기 보호막 및 시즈닝막이 형성된 장치 내부에 인입되는 웨이퍼에 증착 공정을 수행하는 단계; (d) 제1 식각 물질을 이용하여 상기 증착 공정에서 장치의 시즈닝막 상에 형성되는 증착막과 상기 시즈닝막을 제거하는 단계; 및 (e) 제2 식각 물질을 이용하여 상기 보호막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

식각 물질로부터 장치를 보호하는 방법 및 산화막 형성 방법 {METHOD OF PROTECTING APPARATUS FROM ETCHING MATERIAL AND METHOD OF FORMING OXIDE FILM}
본 발명은 식각 물질로부터 장치를 보호하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 불소를 포함하는 식각 물질로부터 알루미늄을 포함하는 장치를 보호하는 방법에 관한 것이다.
반도체 소자, 디스플레이 소자 등과 같은 소자는 반도체막, 금속막, 산화막, 질화막 등과 같은 등 다양한 막을 포함한다. 이 중에서, 산화막은 반도체 재료, 부식방지막 등에 널리 쓰이고 있다. 특히, 소형화 및 고-집적화가 진행되고 있는 반도체 소자에서는 점점 더 미세한 패턴이 요구되고 있으며, 이와 같은 미세한 패턴을 구현하기 위해, 열변형에 높은 저항성을 갖는 고온 산화막이 요구된다.
한편, 산화막은 챔버, 샤워헤드, 히터 등 다양한 부품을 포함하는 장치 내부에서 증착 공정을 통하여 형성될 수 있다. 증착 공정이 완료된 이후에는 산화막이 형성된 기판이 챔버 외부로 배출되고, 그 후 세정 공정이 수행된다. 세정 공정에서는 식각 물질을 포함하는 세정제에 의해 챔버 내부면, 샤워헤드 표면, 히터 표면 등에 형성된 산화막이 제거된다. 다만, 세정제가 산화막을 넘어 챔버, 샤워헤드, 히터 등과 직접 반응하는 문제가 종종 발생한다. 예를 들어, 고온 산화막 형성 후에 삼불화질소(NF3)를 포함하는 세정제로 세정 공정을 진행하는 경우, 불소계 부산물이 챔버, 히터 등을 이루는 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금과 반응하여 불화알루미늄(AlF3) 파우더를 생성할 수 있다. 생성된 불화알루미늄은 챔버, 히터 등을 오염시키거나 손상시키는 요인이 된다.
이러한 문제점을 방지하기 위해, 고온 산화 공정이 수행되는 장치의 경우, 일반적으로 챔버 내벽이나 히터 표면에 보호층이 형성되어 있다.
특허문헌 1에는 알루미늄 불화물 및 마그네슘 불화물로 이루어진 군으로부터 적어도 하나의 물질을 포함하는 코팅물질을 반액체 상태로 가열하고, 상기 가열된 코팅물질을 상기 알루미늄 표면 상에 증착하여 보호층을 형성하는 것이 제시되어 있다.
그러나, 특허문헌 1에 제시된 보호층 형성 방법은 산화물 형성과 같은 공정의 전후에 수행되기는 어려우며, 코팅물질이 벗겨지면, 장치를 해체하여 별도의 장소에서 다시 보호층을 형성하여야 하는 문제점이 있다.
공개특허공보 제10-2004-0081150호 (2004.09.20. 공개)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 공정 중에 식각 물질이 장치를 오염 또는 손상시키는 것을 억제할 수 있는 식각 물질로부터 장치를 보호하는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 식각 및 세정 공정 중에 불소계 식각 물질이 Al을 포함하는 장치의 노출면과 접촉되는 것을 억제할 수 있는 산화막 형성 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 식각 물질로부터 장치 보호 방법은 (a) 장치의 노출면에 보호막을 형성하는 단계; (b) 상기 보호막 상에 시즈닝막을 형성하는 단계; (c) 상기 보호막 및 시즈닝막이 형성된 장치 내부에 웨이퍼 로딩, 증착 및 웨이퍼 언로딩을 포함하는 증착 공정을 수행하는 단계; (d) 제1 식각 물질을 이용하여 상기 증착 공정에서 장치의 시즈닝막 상에 형성되는 증착막과 상기 시즈닝막을 제거하는 단계; 및 (e) 제2 식각 물질을 이용하여 상기 보호막을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 시즈닝막은 제1 식각 물질에 대한 식각률이 높은 막이고, 상기 보호막은 제2 식각 물질에 대한 식각률이 높은 막이다. 본 발명의 경우, 제1 식각 물질에 대한 식각률이 낮은 보호막에 의해 상기 (d) 단계에서 상기 제1 식각 물질이 상기 장치의 노출면에 접촉되는 것이 억제될 수 있다. 이에 따라, 식각 물질로부터 장치가 보호될 수 있다.
상기 제1 식각 물질에 대한 상기 보호막의 식각률은 상기 제1 식각 물질에 대한 상기 시즈닝막의 식각률보다 1/4 이하일 수 있다. 제1 식각 물질에 대한 상기 보호막의 식각률이 제1 식각 물질에 대한 상기 시즈닝막의 식각률보다 1/4 이하일 때 보다 높은 장치 보호 효과를 얻을 수 있다.
상기 보호막은 압축 응력을 받는 막일 수 있다. 압축 응력을 받는 막일수록 제1 식각 물질에 대한 더 낮은 식각률을 나타내었으며, 그에 따라 보다 높은 장치 보호 효과를 얻을 수 있다.
상기 (c) 단계의 웨이퍼 처리는 산화막 형성을 포함하고, 상기 시즈닝막은 산화물을 포함할 수 있다. 웨이퍼 처리가 산화막 형성일 때 동종의 산화막으로 시즈닝막을 형성함으로써 한번의 공정으로 웨이퍼 처리시에 시즈닝막 상에 형성된 산화막과 시즈닝막이 함께 제거될 수 있다.
상기 증착 공정이 2회 이상 수행될 수 있다. 증착 공정에 의해 보호막 및 시즈닝막이 유지되는 경우, 다른 웨이퍼에 대하여도 증착 공정을 수행한 후에 식각/세정 공정을 진행할 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다. 다른 실시예에서는 시즈닝막 형성 단계에서 시즈닝막 제거 단계까지가 2회 이상 수행될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 산화막 형성 방법은 (a) 알루미늄을 포함하는 장치의 노출면에 보호막을 형성하는 단계; (b) 상기 보호막 상에 시즈닝막을 형성하는 단계; (c) 상기 보호막 및 시즈닝막이 형성된 장치 내부에 웨이퍼 로딩, 산화막 증착 및 웨이퍼 언로딩을 포함하는 산화막 증착 공정을 수행하는 단계; (d) 불소계 식각 물질을 이용하여 상기 증착 공정에서 장치의 시즈닝막 상에 형성되는 산화막과 상기 시즈닝막을 제거하는 단계; 및 (e) 비불소계 식각 물질을 이용하여 상기 보호막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의해 불소계 식각 물질에 대한 식각률이 낮은 보호막에 의해 불소계 식각 물질로 세정 공정을 수행하더라도 불소계 식각 물질이 장치의 노출면에 접촉되는 것이 억제될 수 있으며, 그 결과 식각 물질로부터 장치가 보호될 수 있다.
상기 불소계 식각 물질에 대한 상기 보호막의 식각률은 상기 불소계 식각 물질에 대한 상기 시즈닝막의 식각률보다 1/4 이하일 수 있다.
상기 보호막은 비정질탄소막, 보론 도핑(Boron-doped) 탄소막 및 텅스텐 도핑(Tungsten-doped) 탄소막 중에서 선택될 수 있다.
상기 보호막은 압축 응력을 받는 막일 수 있다.
상기 시즈닝막은 산화물을 포함할 수 있다.
상기 (c) 단계는 2회 이상 수행될 수 있다. 다른 예로, 상기 (b), (c) 및 (d) 단계는 2회 이상 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 식각 물질로부터 장치를 보호하는 방법에 의하면, 불소계 식각 물질과 같은 특정 식각 물질에 대한 식각률이 낮은 코팅막을 공정 중에 반응 챔버, 기판 가열 장치, 샤워헤드 등의 장치의 노출면에 형성함으로써 식각 물질과 장치를 구성하는 물질 간의 반응을 억제할 수 있다.
예를 들어, 고온 산화막 형성 후, Al 재질의 반응 챔버나 기판 가열 장치에 대하여 고온에서 NF3와 같은 불소계 세정 물질로 세정을 하는 경우, 불소-부산물(Fx)이 반응 챔버 및 기판 가열 장치를 이루는 Al과 반응하여 불화알루미늄(AlF3) 파우더를 생성할 가능성이 있다. 그러나, 본 발명에서는 불소계 세정 물질에 대한 식각률이 낮은 코팅막을 형성한 상태에서 식각/세정 공정을 수행함으로써 상기 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 식각 물질로부터 장치를 보호하는 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2a는 장치의 노출면에 보호막이 형성된 예를 나타낸 것이다.
도 2b는 장치의 보호막 상에 시즈닝막이 형성된 예를 나타낸 것이다.
도 2c는 시즈닝막이 형성된 반응 챔버 내에 웨이퍼가 로딩된 예를 나타낸 것이다.
도 2d는 웨이퍼 상에, 그리고 장치의 시즈닝막 상에 산화막이 형성된 예를 나타낸 것이다.
도 2e는 산화막 형성 후, 반응 챔버로부터 웨이퍼가 언로딩된 예를 나타낸 것이다.
도 2f는 제1 식각 물질에 의해 산화막 및 시즈닝막이 제거된 예를 나타낸 것이다.
도 2g는 제2 식각 물질에 의해 보호막이 제거된 예를 나타낸다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 식각 물질로부터 장치를 보호하는 방법 및 산화막 형성 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 식각 물질로부터 장치를 보호하는 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 식각 물질로부터 장치를 보호하는 방법은 제1 코팅 단계(S110), 제2 코팅 단계(S120), 단위 공정 수행 단계(S130), 제1 세정 단계(S140) 및 제2 세정 단계(S150)를 포함한다.
먼저, 제1 코팅 단계(S110)에서는 장치의 노출면에 보호막을 형성한다.
상기 장치는 웨이퍼를 처리하기 위한 장치이다. 본 발명에서 장치는 플라즈마강화 화학기상증착(PECVD) 장치와 같은 각종 부품들이 조립된 완성품이 될 수 있고, 또한 완성품에 포함되는 각종 부품들, 즉 반응 챔버, 기판 가열 장치, 샤워헤드 등도 될 수 있다.
보호막은 후술하는 제1 세정 단계에서 이용되는 제1 세정 물질에 대하여 식각률이 낮은 물질이 될 수 있다. 보호막은 이러한 낮은 식각률에 의해 제1 세정 단계에서 제1 세정 물질 또는 그 부산물이 장치에 직접 접촉하는 것을 억제하는 역할을 한다. 예를 들어, 제1 세정 물질이 삼불화질소(NF3)와 같은 불소계 식각 물질인 경우, 보호막이 비정질탄소막(Amorphous Carbon Layer)이 될 수 있다. 불소계 식각 물질은 산화막 식각/세정에 널리 이용되는데, 보호막이 존재하지 않거나 또는 보호막이 불소계 식각 물질에 쉽게 식각되는 재질로 되어 있는 경우, 불소계 식각 물질에 의한 세정 공정에서 불소계 식각 물질이나 그 부산물이 챔버나 기판 가열 장치에 접촉될 수 있다. 불소 함유 물질이 장치에 접촉되는 것은 장치의 오염을 유발하거나 불소 함유 물질과 장치 구성 물질 간의 화학 반응에 의해 새로운 파티클을 생성할 수 있다. 그러나, 본 발명의 경우, 장치의 노출면에 제1 세정 물질에 대하여 식각률이 낮은 코팅막이 형성되어 있어, 상기와 같은 장치 오염, 파티클 형성 등의 문제점을 해결할 수 있다.
특히, 본 발명의 경우, 산화막 형성과 같은 단위 공정 전에 보호막을 형성하고, 단위 공정 후에 보호막을 제거한다. 이를 통해, 보호막 형성이나 제거를 위해 장치를 해체할 필요가 없으며, 장치를 해체할 필요가 없으므로 장치 재조립에 따른 장치의 설정을 변경할 필요도 없다.
또한, 반응 챔버 내부의 환경에 따라 반응 챔버 내벽의 코팅막의 두께가 약간 상이할 수 있다. 이는 증착 공정에 이용되는 반응 가스가 도달하는 양에 의해 결정된다. 반응 가스가 도달하는 양이 많은 부분은 코팅막의 두께가 상대적으로 더 두껍고, 반응 가스가 도달하는 양이 적은 부분은 코팅막의 두께가 상대적으로 얇을 수 있다. 반응 가스가 도달하는 양이 많은 부분은 식각 가스가 도달하는 양과 비례 관계가 될 것이다. 따라서, 본 발명의 경우 공정 중에 상기 보호막, 후술할 시즈닝막을 형성하고, 세정 공정을 수행하므로, 챔버 내벽의 특정 부분의 과식각 문제 등의 발생을 억제할 수 있다.
바람직하게는, 제1 식각 물질에 대한 보호막의 식각률은 제1 식각 물질에 대한 시즈닝막의 식각률보다 1/4 이하일 수 있다. 제1 식각 물질에 대한 보호막의 식각률이 제1 식각 물질에 대한 시즈닝막의 식각률보다 1/4 이하일 때 보다 높은 장치 보호 효과를 얻을 수 있다.
또한, 보호막은 압축 응력을 받는 막일 수 있다. 압축 응력을 받는 막은 인장 응력을 받는 막에 비해 더 치밀한 막이다. 따라서, 압축 응력을 받는 막은 제1 식각 물질에 대한 더 낮은 식각률을 나타내었으며, 그에 따라 인장 응력을 받는 막보다 더 높은 장치 보호 효과를 얻을 수 있다.
시즈닝막 형성 단계(S120)에서는 보호막 상에 시즈닝막을 형성한다.
시즈닝막은 단위 공정 중에 보호막의 노출을 방지하는 역할을 한다. 예를 들어, 챔버 내벽에 비정질 탄소막이 형성되어 있는 경우, 산화막 형성 공정 중에 비정질 탄소막으로부터 탄소 입자가 탈락하여 웨이퍼의 오염을 유발할 가능성이 있다. 그러나, 시즈닝막이 형성되어 있으면, 이러한 리스크를 억제할 수 있다. 시즈닝막은 제1 식각 물질에 대하여 식각률이 높은 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어 제1 식각 물질이 삼불화질소인 경우, 시즈닝막은 산화막으로 형성될 수 있다.
또한, 시즈닝막(seasoning film)은 웨이퍼 처리에 따라 시즈닝막 상에 형성되는 증착막과 동종의 막으로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어 단위 공정에서 실리콘 산화막을 형성하는 경우, 시즈닝막 역시 실리콘 산화막인 것이 바람직하다. 이 경우, 제1 세정 공정에서 제1 식각 물질을 이용하여 증착막과 시즈닝막을 일괄 제거할 수 있다.
다음으로, 단위 공정 수행 단계(S130)에서는 보호막 및 시즈닝막이 형성된 장치 내부에 인입되는 웨이퍼 상에 증착 공정을 수행한다. 보다 구체적으로는 보호막 및 시즈닝막이 형성된 장치 내부에 웨이퍼 로딩, 웨이퍼 증착 및 웨이퍼 언로딩을 포함하는 단위 공정을 수행한다.
웨이퍼의 처리는 산화막 형성, 질화막 형성 등 각종 증착 공정이 될 수 있다.
단위 공정은 필요에 따라 2회 이상 수행될 수 있다. 하나의 웨이퍼에 대한 단위 공정에 의해 보호막 및 시즈닝막이 유지되는 경우, 다른 웨이퍼에 대하여도 단위 공정을 수행한 후에 식각/세정 공정을 진행할 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다. 다른 예로, 시즈닝막 형성 단계(S120), 단위 공정 수행 단계(S130) 및 후술하는 제1 세정 단계(S140)가 2회 이상 수행될 수 있다. 보호막이 유지된다면, 시즈닝막을 형성하고, 단위 공정을 수행하고, 시즈닝막을 제거하는 사이클을 복수회 수행할 수 있다.
제1 세정 단계(S140)에서는 제1 식각 물질을 이용하여 시즈닝막을 제거한다. 그리고, 제2 세정 단계(S150)에서는 제2 식각 물질을 이용하여 상기 보호막을 제거한다. 이때, 제1 세정 단계(S140)에서는 단위 공정에서 장치의 시즈닝막 상에 형성되는 증착막도 제거된다.
시즈닝막은 제1 식각 물질에 대한 식각률이 높은 막이고, 보호막은 제2 식각 물질에 대한 식각률이 높으며, 제1 식각 물질에 대한 식각률이 낮은 막이다.
본 발명의 경우, 제1 식각 물질에 대한 식각률이 낮은 보호막에 의해 제1 세정 단계(S140)에서 제1 식각 물질이 장치의 노출면에 접촉되는 것이 억제될 수 있다. 이에 따라, 식각 물질로부터 장치가 보호될 수 있다.
예를 들어, 시즈닝막이 실리콘 산화막인 경우, 제1 식각 물질은 NF3가 될 수 있고, 보호막은 NF3에 대하여 식각률이 상대적으로 낮은 비정질탄소막이 될 수 있으며, 제2 식각 물질은 비정질 탄소막에 대한 식각률이 높은 산소 함유 식각 물질이 될 수 있다.
다른 예로, 시즈닝막이 실리콘 질화막인 경우, 제1 식각 물질은 HF가 될 수 있고, 보호막은 HF에 대하여 식각률이 상대적으로 낮은 비정질탄소막이 될 수 있으며, 제2 식각 물질은 비정질 탄소막에 대한 식각률이 높은 산소 함유 식각 물질이 될 수 있다.
이하, 도 2a 내지 도 2g를 참조하여 본 발명에 따른 산화막 형성 방법에 대하여 설명한다.
도 2a는 장치의 노출면에 보호막이 형성된 예를 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 산화막 형성 방법은 도 2a에 도시된 예와 같이, 우선, 알루미늄을 포함하는 장치의 노출면에 보호막을 형성한다.
도 2a에서는 반응 챔버(201), 샤워헤드(202), 기판 가열 장치(203)가 장치로 예시되어 있다. 이들 중 적어도 하나는 알루미늄(Al)을 포함하는 재질로 형성될 수 있다. 반응 챔버(201)는 단위 공정 수행을 위한 반응 가스 및 보호막 및 시즈닝막을 형성하기 위한 반응 가스가 공급되는 반응가스 공급부와 연결된다. 또한, 반응 챔버(201)는 반응 챔버 내의 가스를 배기하기 위한 펌핑 장치와 연결될 수 있다. 또한 반응 챔버(201), 기판 가열 장치(203), 샤워헤드(202) 중 적어도 하나는 전극으로서의 역할도 할 수 있다. 도시된 예에서는 반응 챔버(201) 하단에 전력 인가 장치가 배치되어 있으며, 전력 인가 장치는 기판 가열 장치(203)에 전력을 공급한다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전력 인가 장치는 반응 챔버의 상단에 위치하여 샤워헤드(202)에 전력을 공급할 수도 있다.
도 2a를 참조하면, 반응 챔버(201)의 내면, 샤워헤드(202)의 표면 및 기판 가열 장치(203)의 표면이 노출된다. 이러한 노출된 부분들 상에는 보호막(210)이 형성된다. 전술한 바와 같이, 실리콘 산화막 형성 공정에서 생성되는 챔버 내벽 등의 산화막을 제거하기 위해 제1 식각 물질은 NF3가 될 수 있고, 보호막은 NF3에 대하여 식각률이 상대적으로 낮은 비정질탄소막이 될 수 있다. 또한, 비정질-탄소막은 반응 챔버 및 산화막과의 부착력이 우수하여, 웨이퍼 공정에 영향성이 낮으므로, 보호막으로 사용하기 용이하다. 또한, 비정질 탄소막은 단순 산소 플라즈마(Plasma)에 의해 식각/세정될 수 있다.
불소계 식각 물질에 대한 보호막(210)의 식각률이 낮을수록 장치 보호 효과가 더 높아질 수 있다. 이러한 점에서 불소계 식각 물질에 대한 보호막(210)의 식각률은 불소계 식각 물질에 대한 상기 시즈닝막의 식각률보다 1/4 이하, 보다 바람직하게는 1/10 이하, 더욱 바람직하게는 1/20 이하일 수 있다.
보호막(210)은 비정질탄소막, 보론 도핑(Boron-doped) 탄소막 및 텅스텐 도핑(Tungsten-doped) 탄소막 중에서 선택될 수 있다. 이들 탄소막들은 불소계 식각 물질에 대하여 매우 낮은 식각률을 나타낼 수 있다.
또한, 보호막(210)은 압축 응력을 받는 막일 수 있다. 박막이 인장 응력을 받는 경우보다 압축 응력을 받는 경우, 더 치밀한 막이라 볼 수 있다. 그 결과, 불소계 식각 물질에 대한 보호막(210)의 식각률이 매우 낮아질 수 있다. 예를 들어, 인장 응력을 받는 비정질탄소막보다 압축 응력을 받는 비정질탄소막의 경우 삼불화질소에 대한 식각률이 현저히 낮다.
도 2b는 장치의 보호막 상에 시즈닝막이 형성된 예를 나타낸 것이다.
이후, 도 2b에 도시된 예와 같이 보호막(210) 상에 시즈닝막(220)을 형성한다. 단위 공정이 실리콘 산화막 형성 공정이나 금속 산화막 형성 공정이라면, 시즈닝막(220) 역시 동종의 산화막이 될 수 있다.
이후, 도 2c에 도시된 예와 같이, 장치의 노출면 상에 보호막(210) 및 시즈닝막(220)이 형성된 상태에서, 웨이퍼(204)가 반응 챔버(201) 내의 기판 가열 장치(203) 상에 로딩된다.
그리고, 도 2d에 도시된 예와 같이, 웨이퍼(204) 상에 형성하고자 하는 산화막(230)이 형성된다. 이때, 장치의 시즈닝막(220) 상에도 산화막이 형성된다.
예를 들어, 400℃ 이상의 고온에서 산화막 형성 공정이 수행될 수 있다. 그리고, 제1 세정 공정 역시 400℃ 이상에서 수행될 수 있다.
산화막 형성 후, 도 2e에 도시된 예와 같이, 반응 챔버(201)로부터 웨이퍼(204)가 언로딩된다.
웨이퍼 로딩, 산화막 형성 및 웨이퍼 언로딩을 포함하는 단위 공정은 하나의 웨이퍼에 대하여만 수행될 수 있고, 필요에 따라서는 다른 웨이퍼에 대하여도 수행될 수 있다.
이후, 제1 세정 단계를 수행하여, 도 2f에 도시된 예와 같이 불소계 식각 물질에 의해 산화막(230) 및 시즈닝막(220)이 제거된다.
제1 세정 단계에서 이용 가능한 불소계 식각 물질은 NF3, HF 등이 될 수 있다. 본 발명의 경우, 불소계 식각 물질에 대한 식각률이 낮은 비정질탄소막과 같은 보호막이 존재함에 따라, 제1 세정 단계에서 불소계 식각 물질이 반응 챔버 내면, 기판 가열 장치의 표면과 같은 장치의 노출면에 접촉되는 것이 억제될 수 있다. 이에 따라, 식각 물질로부터 장치가 보호될 수 있다.
이후, 도 2g에 도시된 예와 같이, 제2 식각 물질에 의해 보호막이 제거될 수 있다. 제2 식각 물질은 비불소계 식각 물질이 이용될 수 있다. 예를 들어, 보호막이 비정질탄소막과 같은 탄소 함유 박막인 경우, 탄소와 반응성이 우수한 산소를 함유하는 식각 물질이 제2 식각 물질로 이용될 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 코팅막의 형성 및 특성 평가
보호막으로 비정질 탄소막을 사용하였다. 비정질 탄소막은 산화막 대비 낮은 식각률을 나타낼 수 있다.
표 1은 실험에 이용된 비정질-탄소막 증착 조건이다.
[표 1]
Figure pat00001
표 2는 증착 조건에 따른 보호막의 특성을 나타낸 것이다.
[표 2]
Figure pat00002
증착물질 유량의 변화는 증착률(Deposition rate)대비 응력(Stress) 변화에 크게 기인한다. 실시예 1에 따른 코팅막의 경우 양의 응력, 즉 인장 응력을 받는 막이고, 실시예 2 및 실시예 3에 따른 코팅막의 경우 음의 응력, 즉 압축 응력을 받는 막이다.
표 3은 코팅막의 특성에 따른 식각률(Etch rate)및 선택비(Selectivity)를 나타낸 것이다. 코팅막의 식각은 NF3를 이용하였다.
[표 3]
Figure pat00003
표 3을 참조하면, 실시예 1~3에 따른 비정질 탄소막은 실리콘 산화막 대비 매우 낮은 식각률을 갖는다. 실리콘 산화막의 식각률은 232.0 Å/s 인 반면, 비정질-탄소막의 식각률은 5.3 Å/s ~ 53.1 Å/s 이다. 두 코팅막의 식각률의 비인 식각 선택비는 437% ~ 4377% 이다.
또한, 인장 응력을 받는 실시예 1에 따른 비정질 탄소막에 비하여, 압축 응력을 받는 실시예 2, 3에 따른 비정질 탄소막은 NF3에 대한 식각률이 현저히 낮은 것을 볼 수 있다. 따라서, 식각 물질로부터 장치 보호를 위해서는 압축 응력을 받는 비정질 탄소막이 더 바람직하다고 볼 수 있다.
이와 같은 NF3에 대한 식각률이 낮은 비정질 탄소막은, NF3 세정 과정에서 불소-부산물과 반응 챔버 및 기판 가열 장치의 반응을 방지하는 역할을 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 장치 보호 방법은, 제1 식각 물질에 대한 식각률이 낮은 보호막과, 보호막의 노출을 억제할 수 있는 시즈닝막을 형성함으로써, 제1 식각 물질을 이용한 세정 단계에서 제1 식각 물질이 장치를 구성하는 성분과 반응하는 것이 억제될 수 있고, 그 결과, 식각 물질로부터 장치가 보호될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
201 : 반응 챔버
202 : 샤워헤드
203 : 기판 가열 장치
204 : 웨이퍼
210 : 보호막
220 : 시즈닝막
230 : 산화막

Claims (11)

  1. (a) 장치의 노출면에 보호막을 형성하는 단계;
    (b) 상기 보호막 상에 시즈닝막을 형성하는 단계;
    (c) 상기 보호막 및 시즈닝막이 형성된 장치 내부에 인입되는 웨이퍼에 증착 공정을 수행하는 단계;
    (d) 제1 식각 물질을 이용하여 상기 증착 공정에서 장치의 시즈닝막 상에 형성되는 증착막과 상기 시즈닝막을 제거하는 단계; 및
    (e) 제2 식각 물질을 이용하여 상기 보호막을 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 보호막에 의해 상기 (d) 단계에서 상기 제1 식각 물질이 상기 장치의 노출면에 접촉되는 것이 억제되는 것을 특징으로 하는 식각 물질로부터 장치 보호 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 식각 물질에 대한 상기 보호막의 식각률은 상기 제1 식각 물질에 대한 상기 시즈닝막의 식각률보다 1/4 이하인 것을 특징으로 하는 식각 물질로부터 장치 보호 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보호막은 압축 응력을 받는 막인 것을 특징으로 하는 식각 물질로부터 장치 보호 방법.
  4. 제1항에 있어서
    상기 (c) 단계의 웨이퍼 처리는 산화막 형성을 포함하고, 상기 시즈닝막은 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 식각 물질로부터 장치 보호 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 증착 공정이 2회 이상 수행되는 것을 특징으로 하는 식각 물질로부터 장치 보호 방법.
  6. (a) 알루미늄을 포함하는 장치의 노출면에 보호막을 형성하는 단계;
    (b) 상기 보호막 상에 시즈닝막을 형성하는 단계;
    (c) 상기 보호막 및 시즈닝막이 형성된 장치 내부에 인입되는 웨이퍼에 산화막 증착 공정을 수행하는 단계;
    (d) 불소계 식각 물질을 이용하여 상기 증착 공정에서 장치의 시즈닝막 상에 형성되는 산화막과 상기 시즈닝막을 제거하는 단계; 및
    (e) 비불소계 식각 물질을 이용하여 상기 보호막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 불소계 식각 물질에 대한 상기 보호막의 식각률은 상기 불소계 식각 물질에 대한 상기 시즈닝막의 식각률보다 1/4 이하인 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 보호막은 비정질탄소막, 보론 도핑(Boron-doped) 탄소막 및 텅스텐 도핑(Tungsten-doped) 탄소막 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 보호막은 압축 응력을 받는 막인 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 시즈닝막은 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 2회 이상 수행되는 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.
KR1020200115975A 2020-09-10 2020-09-10 식각 물질로부터 장치를 보호하는 방법 및 산화막 형성 방법 KR20220033742A (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200115975A KR20220033742A (ko) 2020-09-10 2020-09-10 식각 물질로부터 장치를 보호하는 방법 및 산화막 형성 방법
PCT/KR2021/009671 WO2022055124A1 (ko) 2020-09-10 2021-07-26 식각 물질로부터 장치를 보호하는 방법 및 산화막 형성 방법
US18/025,572 US20230343562A1 (en) 2020-09-10 2021-07-26 Method for protecting apparatus from etching substances and method for forming oxide film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200115975A KR20220033742A (ko) 2020-09-10 2020-09-10 식각 물질로부터 장치를 보호하는 방법 및 산화막 형성 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220033742A true KR20220033742A (ko) 2022-03-17

Family

ID=80632230

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200115975A KR20220033742A (ko) 2020-09-10 2020-09-10 식각 물질로부터 장치를 보호하는 방법 및 산화막 형성 방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230343562A1 (ko)
KR (1) KR20220033742A (ko)
WO (1) WO2022055124A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040081150A (ko) 2002-02-07 2004-09-20 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 반도체 공정 챔버 내에서 사용하기 위한 부품 및 그것을제조하는 방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010205854A (ja) * 2009-03-02 2010-09-16 Fujitsu Semiconductor Ltd 半導体装置の製造方法
JP6101113B2 (ja) * 2012-03-30 2017-03-22 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、クリーニング方法および基板処理装置並びにプログラム
JP6360770B2 (ja) * 2014-06-02 2018-07-18 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
US11326253B2 (en) * 2016-04-27 2022-05-10 Applied Materials, Inc. Atomic layer deposition of protective coatings for semiconductor process chamber components
KR20170134234A (ko) * 2016-05-27 2017-12-06 주식회사 테스 탄화금속 박막의 증착 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040081150A (ko) 2002-02-07 2004-09-20 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 반도체 공정 챔버 내에서 사용하기 위한 부품 및 그것을제조하는 방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022055124A1 (ko) 2022-03-17
US20230343562A1 (en) 2023-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5647953A (en) Plasma cleaning method for removing residues in a plasma process chamber
TWI674617B (zh) 用於在電漿清潔製程之後執行電漿處理製程的方法
JP4669605B2 (ja) 半導体製造装置のクリーニング方法
KR20210005961A (ko) 금속 오염을 제어하기 위한 챔버의 인-시튜 cvd 및 ald 코팅
TWI667697B (zh) Substrate processing system and substrate processing method
US10770268B2 (en) Plasma processing method and plasma processing apparatus
JPS6352118B2 (ko)
US20050155625A1 (en) Chamber cleaning method
US20040237997A1 (en) Method for removal of residue from a substrate
TWI766866B (zh) 蝕刻方法
US20060254613A1 (en) Method and process for reactive gas cleaning of tool parts
JPH07100865B2 (ja) 減圧cvd処理装置のクリーニング法
JP2008060171A (ja) 半導体処理装置のクリーニング方法
CN110462790B (zh) 干蚀刻方法或干式清洗方法
US6360754B2 (en) Method of protecting quartz hardware from etching during plasma-enhanced cleaning of a semiconductor processing chamber
JP4541739B2 (ja) 半導体装置の製造方法、クリーニング方法及び半導体装置の製造装置
JP2962181B2 (ja) ドライエッチング方法及び装置
KR20220033742A (ko) 식각 물질로부터 장치를 보호하는 방법 및 산화막 형성 방법
GB2183204A (en) Nitrogen trifluoride as an in-situ cleaning agent
CN107123600A (zh) 一种改善晶圆表面缺陷的刻蚀方法
JP4748581B2 (ja) 真空処理装置及び真空処理方法
TWI814075B (zh) 基材處理方法
US20080102642A1 (en) Method of seasoning idle silicon nitride etcher and method of activating
JP2002184703A (ja) 半導体製造プロセス装置用シリコン部材およびその製造方法
JP2003144905A (ja) ガスクリーニング方法