KR20220093499A - Dry cleaning method of a semiconductor and display chemical vapor deposition chamber using F3NO gas - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 및 디스플레이 제조공정 중 화학기상 증착 (Chemical Vapor Deposition, CVD) 챔버의 세정 방법에 관한 것으로, 특히, F3NO를 포함하는 세정가스를 사용하여 원격 플라즈마 소스(Remote Plasma Source, RPS)에서 불소(F) 성분이 포함된 활성 가스를 생성하여 CVD 챔버 내부로 공급하고, 불소 활성종 또는 라디칼에 의해 CVD 챔버 내부에 부착되어 있는 실리콘 부산물(예를 들면, 실리콘(Si), 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SixNy) 등)을 화학적으로 제거하는 건식 세정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for cleaning a chemical vapor deposition (CVD) chamber during a semiconductor and display manufacturing process. In particular, fluorine in a remote plasma source (RPS) using a cleaning gas containing F3NO (F) A silicon by-product (for example, silicon (Si), silicon oxide (SiOx) that is attached to the inside of the CVD chamber by fluorine active species or radicals by generating an active gas containing the component and supplying it to the inside of the CVD chamber , silicon nitride (SixNy, etc.)) is chemically removed.
일반적으로, 기판상에 반도체 디바이스를 제조하기 위하여, 증착, 식각, 연마, 세정 등의 일련의 공정들이 행해진다. 이러한 공정들은 챔버를 구비한 증착 장치(예컨대, CVD 장치)나 에칭 장치 등에서 행해진다. 이중에서 증착 공정은, 증착 장치의 챔버 내에서 기판 또는 기판 상의 물질막 상에 소정의 증착 재료를 도포하는 공정이며, 에칭 공정은 증착 공정 등에 의해 형성된 기판 상에 성막된 박막의 일부분을 선택적으로 제거함으로써 원하는 형태의 초미세 구조물을 형성하는 공정이다.In general, in order to manufacture a semiconductor device on a substrate, a series of processes such as deposition, etching, polishing, and cleaning are performed. These processes are performed in a deposition apparatus (eg, a CVD apparatus) or an etching apparatus having a chamber. Among them, the deposition process is a process of applying a predetermined deposition material on a substrate or a material film on the substrate in the chamber of the deposition apparatus, and the etching process selectively removes a portion of the thin film formed on the substrate formed by the deposition process or the like This is a process of forming an ultra-fine structure of a desired shape.
통상적으로 증착 공정의 결과로 기판 외에도 챔버의 내벽, 챔버 내부에 설치된 부품, 배관 등에도 증착 재료가 부착되며, 에칭 공정의 결과로 역시 에칭 부산물이 챔버의 내벽 등에 부착된다. 이러한 부착물은 후속되는 증착 공정이나 에칭 공정에서 기판 상에 부착되는 불순물의 원인이 되어 반도체 소자의 불량을 초래할 수 있기 때문에, 증착 챔버나 에칭 챔버 등의 처리 챔버를 수시로 세정하여 공정 부산물을 제거할 필요가 있다.In general, as a result of the deposition process, in addition to the substrate, the deposition material is attached to the inner wall of the chamber, components installed inside the chamber, piping, etc., and as a result of the etching process, etching byproducts are also attached to the inner wall of the chamber. Since these deposits can cause impurities attached to the substrate in the subsequent deposition process or etching process, thereby causing defects in the semiconductor device, it is necessary to remove process by-products by frequently cleaning the processing chamber, such as the deposition chamber or the etching chamber. there is
세정 공정, 특히 건식 세정 공정에서는 기상의 세정 가스가 제거 대상인 부착물, 예컨대 실리콘(Si), 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SixNy) 등 의 실리콘 부산물과 반응하여 휘발성이 강한 반응분산물을 형성하고 이를 배기 펌프를 통해 외부로 배출함으로써 부착물을 제거한다. 세정 가스와 세정 대상인 부착물과의 반응성을 더욱 높이기 위한 방법으로, 플라즈마를 활용하는 플라즈마 세정 방법이 사용되고 있으며, 플라즈마는 세정 가스를 반응성이 강한 활성종 또는 라디칼로 만들어 반응성을 증가시킨다. 그리고 플라즈마를 활용한 세정 공정에서도 원격 플라즈마 세정 기술이 채용되고 있다. 원격 플라즈마 세정 기술은 플라즈마 발생장치가 공정 챔버와 분리되어 간접적으로 고밀도의 플라즈마를 발생시키므로 공정 챔버 내 부품의 손상없이 부산물을 신속하게 제거할 수 있는 기술이다.In the cleaning process, especially in the dry cleaning process, the gaseous cleaning gas reacts with the attached substances to be removed, such as silicon by-products such as silicon (Si), silicon oxide (SiOx), silicon nitride (SixNy), and forms a highly volatile reaction dispersion. By discharging it to the outside through an exhaust pump, the deposits are removed. As a method to further increase the reactivity between the cleaning gas and the cleaning target, a plasma cleaning method using plasma is used, and the plasma increases the reactivity by making the cleaning gas into highly reactive active species or radicals. In addition, a remote plasma cleaning technology is employed in a cleaning process using plasma. The remote plasma cleaning technology is a technology that can quickly remove byproducts without damaging components in the process chamber because the plasma generator is separated from the process chamber to indirectly generate high-density plasma.
세정 방법과 더불어 세정 가스에 요구되는 기본적인 조건은 세정 속도가 빠른 것이다. 이러한 세정 가스로 종래 CF4, C2F6, SF6, NF3 등 퍼플루오로 화합물 가스가 사용되어 왔다. 그러나, 종래의 퍼플루오로 화합물 세정 가스는 세정 공정후 배출되는 폐가스의 처리가 힘들고, 이에 따라 대기중에 배출하기 전에 이를 허용 기준까지 낮추는데 큰 처리비용이 든다. 또한, 종래의 퍼플루오로 화합물 세정 가스는 대기중에서 수명이 긴 안정한 화합물이어서, 지구온난화지수가 매우 높기 때문에, 지구온난화의 주요한 요인으로 지적되고 있다. In addition to the cleaning method, the basic condition required for the cleaning gas is that the cleaning speed is fast. As such a cleaning gas, perfluoro compound gases such as CF4, C2F6, SF6, and NF3 have been conventionally used. However, the conventional perfluoro compound cleaning gas is difficult to treat the waste gas discharged after the cleaning process, and accordingly, it is expensive to lower it to an acceptable standard before discharge to the atmosphere. In addition, the conventional perfluoro compound cleaning gas is a stable compound with a long lifespan in the atmosphere, and since it has a very high global warming potential, it is pointed out as a major factor in global warming.
이에 따라, 지구온난화지수가 낮으면서도 실리콘 부산물에 대한 세정 성능이 우수한 대체 세정 가스가 요구되고 있으며, 그 중의 하나로서, 특허문헌 1에 기재된 F3NO가 알려져 있다.Accordingly, there is a need for an alternative cleaning gas having a low global warming potential and excellent cleaning performance for silicon by-products, and as one of them, F 3 NO described in Patent Document 1 is known.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 지구 온난화 지수가 상대적으로 낮은 친환경의 F3NO를 포함하는 세정 가스를 원격 플라즈마 소스에 의해 활성화하여 실리콘 부산물을 높은 속도로 세정할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the problems of the prior art, and provides a method for cleaning silicon by-products at a high rate by activating a cleaning gas containing F 3 NO, which is environmentally friendly, with a relatively low global warming potential, by a remote plasma source. aim to do
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는 실리콘 부산물이 부착되어 있는 반도체 및 디스플레이 화학기상 증착 챔버를 건식으로 세정하는 방법으로서, 상기 화학기상 증착 챔버의 외부에 위치한 원격 플라즈마 발생기에서 F3NO를 포함하는 적어도 하나의 세정 가스를 플라즈마화하는 단계, 상기 화학기상 증착 챔버를 소정의 공정 조건으로 설정하는 단계 및 상기 원격 플라즈마 발생기에서 생성된 상기 세정 가스의 활성종을 상기 소정의 공정 조건으로 설정된 화학기상 증착 챔버로 공급하여, 상기 화학기상 증착 챔버로부터 상기 실리콘 부산물을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 소정의 공정 조건은, 상기 화학기상 증착 챔버의 내부 압력을 2.0 ~ 4.0 토르(Torr) 범위 내로 설정한다. One embodiment of the present invention for solving the above problems is a method for dry cleaning a semiconductor and display chemical vapor deposition chamber to which silicon by-products are attached, F3NO in a remote plasma generator located outside the chemical vapor deposition chamber Plasmaizing at least one cleaning gas comprising: setting the chemical vapor deposition chamber to a predetermined process condition; and converting active species of the cleaning gas generated in the remote plasma generator to the predetermined process condition. and removing the silicon by-product from the chemical vapor deposition chamber by supplying it to a vapor deposition chamber, wherein the predetermined process condition sets the internal pressure of the chemical vapor deposition chamber within a range of 2.0 to 4.0 Torr. do.
상기 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 화학기상 증착 챔버의 내부 압력을 2.0 ~ 3.0 토르(Torr) 범위 내로 설정할 수 있다. 이 경우에, 상기 화학기상 증착 챔버의 내부 압력을, 실리콘 또는 실리콘 질화물의 제거시에는 2.0 토르(Torr)로 설정하고 또한 실리콘 산화물의 제거시에는 3.0 토르(Torr)로 설정할 수 있다. 그리고 상기 소정의 공정 조건은, 상기 화학기상 증착 챔버의 벽면의 온도를 100℃ 이하로 설정하는 것을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 세정 가스는 불활성 가스를 포함하고, 상기 플라즈마 발생기로 유입되는 상기 F3NO의 유량비는, 상기 불활성 가스의 유량에 대하여 20~50% 비율일 수 있다. According to an aspect of the embodiment, the internal pressure of the chemical vapor deposition chamber may be set within a range of 2.0 to 3.0 Torr. In this case, the internal pressure of the chemical vapor deposition chamber may be set to 2.0 Torr when silicon or silicon nitride is removed, and 3.0 Torr when silicon oxide is removed. In addition, the predetermined process condition may further include setting the temperature of the wall surface of the chemical vapor deposition chamber to 100° C. or less. In addition, the cleaning gas may include an inert gas, and a flow rate ratio of the F 3 NO introduced into the plasma generator may be 20 to 50% with respect to the flow rate of the inert gas.
본 발명에 의하면, 친환경인 F3NO를 포함하는 세정 가스를 사용하면서도 원격 플라즈마가 제공되는 공정 조건, 특히 화학기상 증착 챔버 내의 압력을 조절함으로써, 실리콘 부산물을 신속하게 제거할 수 있다. According to the present invention, silicon by-products can be rapidly removed by adjusting the process conditions under which remote plasma is provided, particularly the pressure in the chemical vapor deposition chamber, while using the environmentally friendly cleaning gas containing F 3 NO.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세정 방법을 실시하기 위한 화학기상 증착 챔버의 세정 장치의 구성을 모식적으로 보여 주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 플라즈마를 이용한 화학기상 증착 챔버의 세정 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 3은 화학기상 증착 챔버의 내부 온도에 따른 실리콘 부산물의 박막별 식각율을 나타내는 그래프이다.
도 4는 Ar과 F3NO의 유량비에 따른 식각율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 화학기상 증착 챔버의 공정 압력에 따른 식각율을 나타내는 그래프이다.1 is a diagram schematically showing the configuration of a cleaning apparatus of a chemical vapor deposition chamber for performing a cleaning method according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a cleaning method of a chemical vapor deposition chamber using a remote plasma according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the etching rate for each thin film of the silicon by-product according to the internal temperature of the chemical vapor deposition chamber.
4 is a graph showing the etch rate according to the flow ratio of Ar and F 3 NO.
5 is a graph illustrating an etch rate according to a process pressure of a chemical vapor deposition chamber.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions thereof are omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세정 방법을 실시하기 위한 반도체 및 디스플레이 화학기상 증착 챔버의 세정 장치의 구성을 모식적으로 보여 주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 세정 장치(100)는 원격 플라즈마 발생기(110), 장비 가스 경로(120), 화학기상 증착 챔버 등과 같은 공정 챔버(130)를 포함한다. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a cleaning apparatus for a semiconductor and display chemical vapor deposition chamber for performing a cleaning method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1 , a
세정 장치(100)는 원격 플라즈마 발생기(110)에서 생성된 세정 가스의 활성종을 공정 챔버(130)로 공급하여, 공정 챔버(130)에 부착되어 있는 다양한 불순물을 제거하기 위한 것이다. 예컨대, 세정 장치(100)는 공정 챔버(130)의 챔버 벽 등에 부착되어 있는 실리콘(Si), 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SixNy) 등의 실리콘 부산물을 제거하기 위한 장치일 수 있다.The
원격 플라즈마 발생기(110)는 소정의 공급관(Gas Inlet)을 통해 공급되는 세정 가스를 플라즈마화하기 위한 장치로서, 플라즈마 방전을 통해 세정 가스를 플라즈마(P)하기 위한 것이다. 이를 위해, 적어도 F3NO를 포함하는 세정 가스와 함께 제어 가스가 플라즈마 발생기(110)로 공급되며, 적정 유량 및 압력 조건 하에서 전압을 인가함으로써 플라즈마(P)를 생성할 수 있다. 원격 플라즈마 발생기(110)의 종류에는 특별한 제한이 없는데, 세정 가스가 거의 100% 해리되어 FNO 또는 NO가 함유하지 않는 플라즈마(P)를 형성하는 것이 바람직하다.The
세정 가스는 F3NO와 O2 및/또는 불활성 가스와의 조합을 포함하며, 불활성 가스는 N2, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn로 구성되는 군에서 적어도 1종의 불활성 가스를 선택적으로 이용할 수 있다.The cleaning gas may include a combination of F3NO and O2 and/or an inert gas, wherein the inert gas may optionally use at least one inert gas from the group consisting of N2, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn. have.
원격 플라즈마 발생기(110)는 세정 대상인 공정 챔버(130)의 리모트 플라즈마 공급원(RPS)으로 기능한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 발생기(110)는 공정 챔버(130)의 외부(상측)에 배치되고 하나가 구비될 수 있다. 하지만, 이에만 한정되는 것은 아니며, 플라즈마 발생기(110)는 복수 개가 구비될 수 있는데, 이 경우에는 각 플라즈마 발생기(110)에는 동일한 세정 가스 및 파워를 공급하여 동일한 플라즈마를 생성하거나 또는 서로 다른 세정 가스 및/또는 파워를 공급하여, 서로 다른 플라즈마를 생성할 수도 있다.The
원격 플라즈마 발생기(110)가 플라즈마(P)를 발생시키면, 세정 가스로부터 라디칼(R) 이외에 이온, 전자 등의 활성화 성분들이 생성된다. 그리고 생성된 세정 가스의 활성화된 성분은 장비 가스 경로(120)를 통해 공정 챔버(130)로 공급된다. 이 때, 세정 공정에 불필요한 성분은 공정 챔버(130)로 보내지지 않고, 장비 가스 경로(120)의 배기 가스 경로(122)를 통해 제거되도록 세정 장치(100)가 구성될 수도 있다. 또한, 활성 가스의 재결합 또는 높은 열에 의한 고장 등의 문제를 방지할 수 있도록, 장비 가스 경로(120)에는 냉각킷(121)이 설치되어 있다. 도 1에는 장기 가스 경로(120)가 공정 챔버(130)의 상측으로 연결된 것으로 도시되어 있으나, 이것은 예시적인 것이며 공정 챔버(130)의 측면 등을 통해 연결될 수도 있다.When the
공정 챔버(130)는 세정 장치(100)의 세정 대상으로서, 반도체 소자의 제조를 위한 단위 공정, 예컨대 증착 공정이나 식각 공정 등을 수행하기 위한 것이다. 공정 챔버(130)는 챔버 벽으로 내부 공간이 한정되어 있으며, 그 내부에는 해당 공정의 수행을 위한 각종 부품들이 설치되어 있거나 및/또는 배관 등을 통해 외부로 접속되어 있다. 반도체 소자를 제조하기 위한 증착 공정이나 식각 공정에서 기판을 지지하기 위한 스테이지(132)는 공정 챔버(130)에 설치되어 있는 부품이 일례인데, 본 명세서에서 '공정 챔버(130)'는 챔버 벽에만 한정되는 것은 아니며, 스테이지(132) 등과 같이 챔버 벽의 내부에 설치되거나 또는 챔버 벽과 연결되어 있어서 챔버 벽과 함께 주기적으로 세정이 필요한 모든 부품을 포함한다.The
도면에 도시되어 있지는 않지만, 공정 챔버(130)는 챔버 내부의 온도를 조절하기 위한 온도 조절 수단을 구비한다. 온도 조절 수단은 공정 챔버(130)를 가열하기 위한 히터와 공정 챔버(130)의 벽면의 온도를 일정 온도(예를 들어, 100 ℃ 이하)로 유지하기 위한 열교환기를 포함한다. 또한, 챔버 내부의 압력을 조절하기 위한 압력 조절 밸브와 진공 펌프가 공정 챔버(130)의 챔버 벽면에 연결된 배관에 설치되어 있다.Although not shown in the drawings, the
공정 챔버(130)에서의 증착 공정이나 식각 공정의 결과, 공정 챔버(130)의 챔버 벽을 포함하여 내부에 설치된 부품에는 해당 공정의 부산물이 부착된다. 일례로, 공정 챔버(130)가 화학기상 증착(Chmical Vapor Deposition, CVD)법으로 실리콘 화합물 박막(예를 들어, Si, SiOx, SixNy)을 증착하기 위한 증착 챔버이거나 또는 기판 상에 형성되어 있는 실리콘 화합물 박막을 식각하기 위한 식각 챔버인 경우에, 챔버 벽과 부품에는 실리콘계 공정 부산물이 부착되어 있을 수 있다.As a result of the deposition process or the etching process in the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 플라즈마를 이용한 공정 챔버의 세정 방법을 보여 주는 흐름도이다. 2 is a flowchart illustrating a method of cleaning a process chamber using a remote plasma according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 공정 챔버의 세정 방법은, 먼저, 세정 장치(100)의 원격 플라즈마 발생기(110)의 플라즈마 점화를 위해 불활성 가스(예컨대, 아르곤(Ar))을 유량 제어기(Mass Flow Controller, MFC)를 통해 플라즈마가 점화될 수 있는 압력까지 공급한다(S10). 그리고 불활성 가스의 흐름과 압력이 설정된 값으로 안정화되면 불활성 가스의 방전을 위해 원격 플라즈마 시스템에 전원을 공급하여 플라즈마를 형성한다(S20). 이 때, Ar과 같은 불활성 가스의 안정화 시간은 원격 플라즈마 발생기 내부에 점화를 방해할 수 있는 전기 음성 가스에 의한 오염을 정화하는 데에도 중요하므로 충분한 시간을 허용해야 한다. 그리고 불활성 가스는 플라즈마 내에서 세정 가스의 이온화를 활성화시킬 뿐만 아니라 불활성 가스의 활성종은 챔버 내에 있는 실리콘 부산물의 결합을 약화시켜 세정 가스의 활성종과의 반응의 활성화 에너지(activation energy)를 낮추므로, 활성종에 의한 세정 속도도 향상시킬 수 있다. CF4나 NF3와 같은 종래의 퍼플루오로 세정 가스의 경우 F 활성종의 농도를 높여 세정 속도를 높이기 위해 O2를 함께 혼합하는 경우가 있으나, 본 발명의 세정 방법에 있어서는 F3NO를 메인 세정 가스로 사용하므로, O2를 별도로 혼합하지 않아도 충분히 세정 속도를 증가시킬 수 있다. 도 3 내지 도 5를 참조하여 후술하는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 세정 방법에 있어서는, 플라즈마 발생기(110)로 도입되는 세정 가스에서 F3NO와 Ar의 유량비를 적절히 설정함으로써, 실리콘 부산물의 세정 속도를 극대화할 수 있다.1 and 2 , in the cleaning method of the process chamber according to the present embodiment, first, an inert gas (eg, argon (Ar)) for plasma ignition of the
불활성 가스의 플라즈마 점화 후 시스템은 세정 공정으로 원활하게 전환되어야 한다. 이를 위해, F3NO를 포함하는 세정 가스를 원격 플라즈마 발생기(110)로 도입한다(S30). 다만, F3NO와 같은 세정 가스를 원격 플라즈마 발생기(110)로 도입할 때 일시에 많은 양의 가스를 도입하면, 생성되어 있는 플라즈마를 소멸시킬 수 있다. 따라서, 이러한 문제를 방지하기 위해, 본 단계에서는 불활성 가스의 플라즈마 형성 상태에서 각 단계가 몇 초 동안 지속되며 세정 가스의 주입량을 목표 값까지 단계적으로 증가시키는 것이 바람직하다.After plasma ignition of the inert gas, the system must transition smoothly to the cleaning process. To this end, a cleaning gas containing F 3 NO is introduced into the remote plasma generator 110 (S30). However, if a large amount of gas is introduced at once when a cleaning gas such as F3NO is introduced into the
본 발명의 실시예에 있어서는 세정 가스로서 F3NO를 포함하여 원격 플라즈마 발생기(110)에서 FNO 또는 NO를 거의 함유하지 않는 플라즈마를 형성하므로, 원격 플라즈마 발생기(110)에서는 F, F2, N, N2, O, Ar 등의 활성 가스가 생성된다.In the embodiment of the present invention, since a plasma containing FNO or almost no NO is formed in the
그리고 원격 플라즈마 발생기(110)에서 생성된 활성 가스들은 장비 가스 경로(120)를 통해 공정 챔버(130)로 공급된다(S40). 이 때, 원격 플라즈마 발생기(110)로부터 빠져나온 활성 가스는 장비 가스 경로(120)를 통해 상당한 양의 열과 화학 에너지를 전달하는 과정에서 화학적 재결합 또는 높은 열에 의한 고장 등의 문제를 유발시킬 수 있다. 따라서 장비 가스 경로(120)를 냉각킷(121)으로 냉각시키는 것이 중요하다. 그리고 배기 가스 경로(122)를 통해서는 플라즈마 중에서 세정에 불필요한 활성종 및/또는 이온 등은 제거될 수도 있다.In addition, the active gases generated by the
활성 가스가 공급되는 공정 챔버(130)는 소정의 공정 조건으로 설정되어 있다. 도 3 내지 도 5를 참조하여 후술하는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 세정 방법에 있어서는, 활성 가스가 공급되는 공정 챔버(130)의 내부 압력과 함께 필요한 경우에는 온도를 조절함으로써, 실리콘 부산물의 세정 속도를 극대화할 수 있다. 공정 챔버(130)의 온도 조절은, 예컨대, 히터가 설치되어 있는 스테이지(132)의 높이를 조절함으로써 이루어질 수 있다.The
공정 챔버(130)로 활성 가스가 공급되면, 활성종과 공정 챔버(130)에 부착되어 있는 부착물(예컨대, 실리콘 부산물)과 반응하여, 실리콘 부산물을 식각함으로써 공정 챔버(130)로부터 제거한다(S50). 본 발명의 실시예의 세정방법에 의하면, 공정 챔버(130)로부터 실리콘(Si), 실리콘 질화물(SixNy), 실리콘 산화물(SiOx)의 순으로 신속하게 식각하여 제거할 수가 있다.When the active gas is supplied to the
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 원격 플라즈마 발생기(130)에서 생성된 F3NO를 포함하는 세정 가스의 활성 가스가 도입되는 공정 챔버(130) 내의 온도 및 압력과 함께, 원격 플라즈마 발생기(110)로 주입되는 F3NO와 Ar의 유량비에 따른, 실리콘계 박막의 세정 속도(식각율)에 대하여 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 3 to 5 , the
도 3은 세정 가스의 공급 단계(S30)에서 Ar:F3NO의 유량비를 2000:500(sccm)로 하여 원격 플라즈마 발생기(110) 내로 세정 가스를 공급하고, 실리콘 부착물의 제거 단계(S50)에서 공정 챔버(130)의 공정 압력은 2.7Torr로 설정한 경우에, 공정 챔버(130)의 내부 온도를 스테이지(132)의 히터 온도를 통해 설정하고 챔버 벽면에 부착되어 있는 실리콘 부착물을 실리콘계 박막으로 대체하여 그 식각율을 보여주는 그래프이다. 도 3을 참조하면, 스테이지(132)의 히터 온도가 상승함에 따라 식각율도 거의 선형적으로 증가하는 데, 이것은 온도가 상승함에 따라 공정 챔버(130) 내로 공급되는 활성종은 물론 Ar 가스의 반응성이 증가하기 때문인 것으로 판단된다.3 shows that the cleaning gas is supplied into the
도 4는 세정 가스의 공급 단계(S30)에서 원격 플라즈마 발생기(110) 내로 공급되는 Ar과 F3NO의 유량비에 따른 식각율을 나타내는 그래프로서, 공정 챔버(130)의 공정 압력은 2.7Torr로 설정하고, 스테이지(132)의 히터 온도를 100℃로 설정한 경우이다. 여기서 스테이지(132)의 히터 온도를 100℃로 설정한 이유는, 비록 CVD 증착 공정이 통상적으로 박막의 특성 확보를 위해 300~400℃에서 진행되는 것에 반해 공정 챔버(130)의 벽면은 진공을 위한 O-링 등의 변형을 방지하기 위해 100℃ 이하로 유지하는 것이 일반적이기 때문이다. 도 4를 참조하면, 우선 Ar:F3NO의 유량비가 2000:500(sccm)과 1000:500(sccm)인 경우를 대비해보면, 실리콘계 박막(Si, SiO2, Si3N4) 사이에 큰 차이 없이 Ar의 양이 증가함에 따라 화학적 결합에너지의 차이에 따라 실리콘 박막, 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막의 순으로 식각율이 높은 것을 알 수 있으며, 또한 동일 박막에서는 Ar의 양의 증가함에 따라서 Ar에 의한 물리적 식각이 실리콘 박막 및 실리콘 질화막보다는 실리콘 산화막에서 보다 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. 그리고 Ar:F3NO의 유량비가 1000:500(sccm)과 2000:1000(sccm)을 대비해보면, F3NO 가스나 Ar 가스의 양이 더 많을 수록 식각율이 더 크다는 것을 알 수 있는데, 이것은 식각율이 세정 가스의 양과 소정의 비례 관계에 있기 때문인 것으로 판단된다. 4 is a graph showing the etching rate according to the flow rate ratio of Ar and F NO supplied into the
도 5는 세정 가스의 공급 단계(S30)에서 Ar:F3NO의 유량비를 2000:500(sccm)로 하여 원격 플라즈마 발생기(110) 내로 세정 가스를 공급하고, 실리콘 부산물의 제거 단계(S50)에서 공정 챔버(130)의 스테이지(132)의 히터 온도를 100℃로 설정한 경우에, 공정 챔버(130)의 공정 압력에 따른 실리콘계 박막별 식각율을 나타내는 그래프이다. 5 shows that the cleaning gas is supplied into the
도 5를 참조하면, 공정 압력이 2.0Torr에서 4.0Torr로 증가함에 따라 식각율이 점차 감소하는 것을 알 수 있다. 이렇게 압력이 증가할수록 식각율이 감소하는 이유는, 식각 공정에서 생성된 반응 부산물들이 배기되지 못하고 산란 및 재증착되면서 식각율의 감소를 유발하는 것으로 판단된다. 반면, 공정 압력이 너무 낮으면 공정 챔버(130) 내부에서 활성종과의 반응을 저해할 수 있으므로, 각 박막별로 적정한 공정 압력을 설정하는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 5 , it can be seen that the etch rate gradually decreases as the process pressure increases from 2.0 Torr to 4.0 Torr. The reason why the etch rate decreases as the pressure increases is that reaction by-products generated in the etch process are not exhausted but are scattered and redeposited to cause a decrease in the etch rate. On the other hand, if the process pressure is too low, the reaction with the active species inside the
이상의 실험 데이터들을 종합해볼 때, Ar:F3NO의 유량비가 고정(예컨대, 2000:500(sccm))되어 있고, 공정 챔버(130)의 온도가 고정(예컨대, 100℃)되어 있는 경우라면, 세정 공정시에 공정 챔버(130)의 공정 압력을 적정한 범위(예컨대, 2.0 ~ 3.5Torr)로 설정하면, 상대적으로 높은 식각율로 실리콘계박막을 제거하므로, 공정 챔버(130)에 부착되어 있는 실리콘 부산물을 보다 신속하게 제거할 수 있다는 것을 알 수 있다. 특히, 공정 압력이 2.7~3.3Torr 범위인 경우에 실리콘 부산물의 세정 효과가 더 좋으며, 실리콘 박막 및 실리콘 질화막의 경우에는 공정 압력이 2Torr, 그리고 실리콘 산화막의 경우에는 공정 압력이 3.0Torr에서 세정을 극대화할 수 있다. Combining the above experimental data, if the flow ratio of Ar: F 3 NO is fixed (eg, 2000: 500 (sccm)) and the temperature of the
이상의 설명은 실시예에 불과할 뿐이며, 이에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 기술 사상은 후술하는 특허청구범위에 기재된 발명에 의해서만 특정되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. 따라서 전술한 실시예가 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있다는 것은 통상의 기술자에게 자명하다.The above description is merely an example, and should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention thereby. The technical idea of the present invention should be specified only by the invention described in the claims to be described later, and all technical ideas within an equivalent range should be interpreted as being included in the scope of the present invention. Therefore, it is apparent to those skilled in the art that the above-described embodiment can be modified and implemented in various forms.
100: 세정 장치
110: 원격 플라즈마 발생기
120: 장기 가스 경로
121: 냉각킷
122: 배기 가스 경로
130: 공정 챔버
132: 스테이지100: cleaning device
110: remote plasma generator
120: long-term gas path
121: cooling kit
122: exhaust gas path
130: process chamber
132: stage
Claims (5)
상기 화학기상 증착 챔버의 외부에 위치한 원격 플라즈마 발생기에서 F3NO를 포함하는 적어도 하나의 세정 가스를 플라즈마화하는 단계;
상기 화학기상 증착 챔버를 소정의 공정 조건으로 설정하는 단계; 및
상기 원격 플라즈마 발생기에서 생성된 상기 세정 가스의 활성종을 상기 소정의 공정 조건으로 설정된 화학기상 증착 챔버로 공급하여, 상기 화학기상 증착 챔버로부터 상기 실리콘 부산물을 제거하는 단계를 포함하고,
상기 소정의 공정 조건은, 상기 화학기상 증착 챔버의 내부 압력을 2.0 ~ 4.0 토르(Torr) 범위 내로 설정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착 챔버의 세정 방법.A method for dry cleaning a semiconductor and display chemical vapor deposition chamber to which silicon by-products are attached, comprising:
plasmaizing at least one cleaning gas comprising F 3 NO in a remote plasma generator located outside the chemical vapor deposition chamber;
setting the chemical vapor deposition chamber to predetermined process conditions; and
supplying the active species of the cleaning gas generated by the remote plasma generator to the chemical vapor deposition chamber set under the predetermined process conditions to remove the silicon by-product from the chemical vapor deposition chamber,
The predetermined process condition includes setting an internal pressure of the chemical vapor deposition chamber within a range of 2.0 to 4.0 Torr.
상기 화학기상 증착 챔버의 내부 압력을 2.0 ~ 3.0 토르(Torr) 범위 내로 설정하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착 챔버의 세정 방법.According to claim 1,
The cleaning method of a chemical vapor deposition chamber, characterized in that the internal pressure of the chemical vapor deposition chamber is set within a range of 2.0 to 3.0 Torr.
상기 화학기상 증착 챔버의 내부 압력을, 실리콘 또는 실리콘 질화물의 제거시에는 2.0 토르(Torr)로 설정하고 또한 실리콘 산화물의 제거시에는 3.0 토르(Torr)로 설정하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착 챔버의 세정 방법.3. The method of claim 2,
The chemical vapor deposition chamber, characterized in that the internal pressure of the chemical vapor deposition chamber is set to 2.0 Torr when silicon or silicon nitride is removed, and 3.0 Torr when silicon oxide is removed. cleaning method.
상기 소정의 공정 조건은, 상기 화학기상 증착 챔버의 벽면의 온도를 100℃ 이하로 설정하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착 챔버의 세정 방법. 4. The method of claim 3,
The predetermined process condition, the cleaning method of the chemical vapor deposition chamber, characterized in that it further comprises setting the temperature of the wall surface of the chemical vapor deposition chamber to 100 ℃ or less.
상기 세정 가스는 불활성 가스를 포함하고, 상기 플라즈마 발생기로 유입되는 상기 F3NO의 유량비는, 상기 불활성 가스의 유량에 대하여 20~50% 비율인 것을 특징으로 하는 화학기상 증착 챔버의 세정 방법.5. The method of claim 3 or 4,
The cleaning gas includes an inert gas, and a flow rate ratio of the F 3 NO introduced into the plasma generator is 20 to 50% with respect to the flow rate of the inert gas.
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