KR20230007949A - 세정 가스를 제공하기 위한 세정 가스 시스템을 갖는 화학 기상 증착 퍼니스 - Google Patents
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Abstract
실리콘 질화물 막을 증착하기 위한 화학 기상 증착 퍼니스가 개시된다. 퍼니스는, 실질적인 수직 방향으로 세장형인 공정 챔버 및 공정 챔버 내에서 복수의 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 보트를 갖는다. 공정 챔버 내부의 공정 가스 인젝터는, 공정 가스 인젝터 내부의 공급 말단에 도입된 가스를 공정 챔버에 제공하도록, 복수의 수직 방향 이격된 가스 주입 구멍을 구비한다. 공정 가스 인젝터의 공급 말단에 연결된 밸브 시스템이, 실리콘 질화물 층을 증착하기 위해 실리콘 전구체 및 질소 전구체의 공급원을 공급 말단에 연결하도록 구성되고 배열된다. 밸브 시스템은 공정 가스 인젝터의 공급 말단을 세정 가스 시스템에 연결하여, 공정 가스 인젝터 및/또는 공정 챔버로부터 실리콘 질화물을 제거하기 위한 세정 가스를 제공할 수 있다.
Description
본 개시는 일반적으로 반도체 웨이퍼 처리용 장치 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 이는 세정 가스로 화학 기상 증착 퍼니스를 세정하는 것에 관한 것이다.
웨이퍼 상에 막을 증착하기 위한 화학 기상 증착 퍼니스는 공정 챔버 및 공정 챔버 내에서 복수의 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 보트를 가질 수 있다. 공정 가스 인젝터는 공정 챔버의 벽을 따라 연장되는 공정 챔버 내부에 제공될 수 있다. 공정 가스 인젝터는, 기판 상에 막을 증착하기 위해 공급 말단에서 공정 챔버로 가스를 제공하도록, 복수의 수직 방향 이격된 가스 주입 구멍을 구비할 수 있다.
이러한 공정에 의해 제조된 막은 웨이퍼 상에 증착할 뿐만 아니라, 공정 챔버, 웨이퍼 보트 및 공정 가스 인젝터 상에 증착한다. 막은 높은 인장 응력을 가질 수 있으며, 이는 반응기, 웨이퍼 보트 및 공정 가스 인젝터의 막의 플레이킹으로부터 높은 수준의 웨이퍼 입자 오염을 초래할 수 있다. 공정 챔버, 웨이퍼 보트 및 공정 가스 인젝터는 웨이퍼 오염을 방지하기 위해 막이 플레이킹을 시작하기 전에 세정되거나 교체될 수 있다. 세정을 위해, 에천트 가스를 사용하여 막을 세정할 수 있다. 에천트 가스의 너무 많이 제공되면, 공정 챔버의 일부 및 공정 가스 인젝터는 과식각될 수 있으며, 이는 이들 부분의 손상을 초래할 수 있다. 에천트 가스가 너무 적게 제공되면, 공정 챔버 및 공정 가스 인젝터의 일부는 여전히 그 위에 막을 가질 수 있다.
부품이 과식각되지 않도록 보장하면서 부품이 충분히 세정될 수 있도록 충분한 세정의 올바른 균형을 찾기가 어렵다는 것이 밝혀졌다.
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.
목적에 따라, 개선된 세정을 갖는 화학 기상 증착 퍼니스가 제공될 수 있다.
일 구현예에 따라, 실리콘 질화물 막을 복수의 기판 상에 증착하기 위한 화학 기상 증착 퍼니스가 제공될 수 있다. 퍼니스는, 실질적인 수직 방향으로 세장형인 공정 챔버 및 공정 챔버 내에서 복수의 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 보트를 포함한다. 퍼니스는, 공정 가스 인젝터의 내부의 공급 말단에 도입된 가스를 공정 챔버에 제공하기 위해 복수의 수직 방향 이격된 가스 주입 구멍을 구비할 수 있고 웨이퍼 보트를 따라 실질적으로 수직 방향으로 연장되는 공정 가스 인젝터를, 공정 챔버 내부에 가질 수 있다. 퍼니스는, 실리콘 질화물 층을 증착하기 위해 공정 가스 인젝터의 공급 말단에 실리콘 전구체의 공급원 및 질소 전구체의 공급원을 연결하도록 구성되고 배열될 수 있고, 공정 가스 인젝터의 공급 말단에 작동 가능하게 연결된 밸브 시스템을 구비할 수 있다. 밸브 시스템은 공정 가스 인젝터의 공급 말단을 세정 가스 시스템에 연결하도록 구성되고 배열되어, 내부에 세정 가스를 제공하여 공정 가스 인젝터 및/또는 공정 챔버로부터 실리콘 질화물을 제거할 수 있다.
추가 구현예에 따라, 복수의 웨이퍼 상에 실리콘 질화물 층을 증착하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은, 복수의 웨이퍼를 웨이퍼 보트에 제공하고 실질적인 수직 방향으로 웨이퍼 보트를 화학 기상 증착 퍼니스의 공정 챔버에 로딩하는 단계, 실리콘 전구체와 질소 전구체에 기초한 공정 가스를 웨이퍼 보트에 평행하게 연장된 공정 가스 인젝터 내로 복수의 수직 방향 이격된 가스 주입 구멍으로 흐르게 해서 공정 가스를 공정 챔버로 웨이퍼 보트 내의 웨이퍼 위로 제공하여 실리콘 질화물을 증착하는 단계, 및 공정 챔버로부터 웨이퍼 보트의 복수의 웨이퍼를 제거하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 공정 가스 인젝터의 내부로 그리고 공정 가스 인젝터의 내부로부터 공정 챔버 내로 세정 가스를 제공하여 공정 가스 인젝터 및/또는 공정 챔버로부터 실리콘 질화물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 추가 구현예에 따라, 복수의 웨이퍼 상에 실리콘 질화물 층을 증착하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은, 복수의 웨이퍼를 웨이퍼 보트에 제공하고 실질적인 수직 방향으로 웨이퍼 보트를 화학 기상 증착 퍼니스의 공정 챔버에 로딩하는 단계, 실리콘 전구체와 질소 전구체에 기초한 공정 가스를 웨이퍼 보트에 평행하게 연장된 공정 가스 인젝터 내로 복수의 수직 방향 이격된 가스 주입 구멍으로 흐르게 해서 공정 가스를 공정 챔버로 웨이퍼 보트 내의 웨이퍼 위로 제공하여 실리콘 질화물을 증착하는 단계, 및 공정 챔버로부터 웨이퍼 보트의 복수의 웨이퍼를 제거하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 공정 챔버에 불활성 가스를 제공하면서 공정 가스 인젝터에 세정 가스를 제공하는 단계, 이에 따라 공정 가스 인젝터로부터 실리콘 질화물을 제거하는 단계, 공정 가스 인젝터에 세정 가스를 제공하는 것을 중지하는 단계, 및 공정 챔버에 세정 가스를 제공하면서 공정 가스 인젝터에 불활성 가스를 제공하는 단계, 이에 따라 공정 챔버로부터 실리콘 질화물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 구현예는 서로 별도로 적용되거나 조합될 수 있다. 본 발명의 구현예는 도면에 도시된 일부 실시예를 참조하여 상세한 설명에서 더 명확히 설명될 것이다.
도면의 구성 요소들은 간략하고 명료하게 도시되어 있으며, 반드시 축적대로 도시되지 않았음을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 개시에서 예시된 구현예의 이해를 돕기 위해 도면 중 일부 구성 요소의 치수는 다른 구성 요소에 비해 과장될 수 있다.
도 1은 공정 튜브를 포함한 화학 기상 증착 퍼니스 예시의 측단면도이다.
도 2는 도 1의 밸브 시스템, 세정 가스 시스템 및 화학 기상 증착 퍼니스의 제어기를 개시한다.
도 1은 공정 튜브를 포함한 화학 기상 증착 퍼니스 예시의 측단면도이다.
도 2는 도 1의 밸브 시스템, 세정 가스 시스템 및 화학 기상 증착 퍼니스의 제어기를 개시한다.
특정 구현예 및 실시예가 아래에 개시되었지만, 당업자는 본 발명이 구체적으로 개시된 구현예 및/또는 본 발명의 용도 및 이들의 명백한 변형물 및 균등물을 넘어 연장된다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 발명의 범주는 후술되는 구체적인 개시된 구현예에 의해 제한되지 않도록 의도된다. 본원에 제시된 예시는 임의의 특정한 재료, 구조, 또는 소자의 실제 뷰를 의도하려 하는 것은 아니며, 단지 본 발명의 구현예를 설명하기 위해 사용되는 이상화된 표현이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "기판" 또는 "웨이퍼"는, 사용될 수 있는, 또는 그 위에 소자, 회로, 또는 막이 형성될 수 있는, 임의의 하부 재료 또는 재료들을 지칭할 수 있다. 용어 "반도체 소자 구조"는 반도체 기판 상에 또는 반도체 기판 내에 형성될 반도체 소자의 능동 또는 수동 구성 요소의 적어도 일부를 포함하거나 한정하는, 가공되거나 부분 가공된 반도체 구조의 임의의 부분을 지칭할 수 있다.
반도체 기판은 수직형 퍼니스에서 배치로 처리될 수 있다. 이러한 처리의 예는, 기판 상에 다양한 재료의 층을 증착하는 것이다. 일부 공정은, 예를 들어 염화물 및 암모니아에 기초할 수 있다.
도 1은 화학 기상 증착 퍼니스 예시의 측단면도로, 저압 공정 챔버(4)를 정의한 저압 공정 튜브(1)를 포함한다. 퍼니스는 수직 이동식 도어(5)를 포함할 수 있고, 이는 하부 및/또는 상부 플랜지(3) 내의 중앙 유입 개구(10)를 폐쇄하도록 구성되고, 복수의 기판을 유지하도록 구성된 웨이퍼 보트(6)를 지지하도록 구성된다. 상부 및 하부 플랜지(3)는 공정 튜브(1)의 개방 말단을 부분적으로 폐쇄할 수 있다. 라이너(2)는 공정 튜브(1)를 따라 연장되어 튜브(1)를 보호할 수 있다.
도어(5)는, 공정 챔버(4)에서 웨이퍼 보트(6)의 회전을 허용하기 위한 구동부(7)를 구비할 수 있다. 구동부(7)와 웨이퍼 보트(6) 사이에, 받침대(9)가 제공될 수 있다. 받침대(9)는 보트(6) 내의 웨이퍼에 대한 열 균일성을 개선하기 위해 히터 및/또는 열 절연체를 구비할 수 있다. 라이너(2)는, 예를 들어 돔 형상을 갖는 상부 말단에서 폐쇄될 수 있고 바닥에서 개구 위의 가스에 대해 실질적으로 폐쇄될 수 있다. 하부 플랜지(3)는, 공정 챔버(4)에 복수의 기판을 운반하도록 구성된 보트(6)를 삽입하고 제거하도록 구성된 유입 개구(10)를 포함한다.
공정 가스 인젝터(17)는, 실질적인 웨이퍼 보트(6)의 높이에 걸쳐 실질적인 수직 방향으로 연장되는 공정 챔버(4) 내부에 제공될 수 있다. 튜브(1)를 따라 연장된 라이너(2)는, 공정 가스 인젝터(17)를 수용하기 위해 반경 방향 바깥으로 연장된 돌기를 가질 수 있다. 공정 가스 인젝터(17)는, 실리콘 전구체(20)의 제1 공급원에 연결될 수 있는 제1 공급 라인(19)에 작동 가능하게 연결된 공급 말단(18)을 포함한다. 공급 말단(18)은, 질소 전구체(22)의 공급원에 연결될 수 있는 제2 공급 라인(21)에 작동 가능하게 또한 연결될 수 있다.
공정 가스 인젝터의 공급 말단(18)에 제공된 실리콘 전구체는 실란을 포함할 수 있다. 실리콘 전구체는 모노클로로실란, 디클로로실란, 트리클로로실란, 테트라클로로실란, 디실란 및 트리실란으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다. 공정 가스 인젝터의 공급 말단(18)에 제공된 질소 전구체는 암모니아를 포함할 수 있다.
질소 전구체와 실리콘 전구체는, 이들이 공급 말단(18)에서 공정 가스 인젝터(17) 내부에 진입할 경우에 서로 혼합되고 반응하기 시작할 수 있다. 혼합은 양호한 생산성과 증착 공정의 양호한 균일성을 보장한다. 공정 가스 인젝터(17)를 통해 공정 챔버(4) 내로의 공정 가스의 흐름은 100 내지 500 사이, 바람직하게는 250 cm3/분(SCCM)일 수 있다.
선택적으로, 질소 전구체와 실리콘 전구체는 밸브 시스템(31)에 의해 원자층 증착 모드의 공정 챔버(4)로 순차적으로 제공될 수 있다. 후에 층 두께를 제어할 수 있는 좋은 가능성을 제공한다.
공정 가스 인젝터(17)는, 공급 말단(18)에서 인젝터(17)의 내부에 수용된 가스를 웨이퍼 보트(6)의 길이에 걸쳐 균일하게 공정 챔버(4)에 제공하기 위해, 복수의 수직 방향 이격된 가스 주입 구멍(23)을 구비할 수 있다. 복수의 가스 주입 구멍은 가스 공정 가스 인젝터(17)의 높이의 일부에 걸쳐 연장될 수 있다. 제1 및 제2 공급 라인(19, 21)은, 부분적으로 플랜지(3) 중 하나를 통과하는 통로로서, 그리고 추가로 질소 전구체(22) 또는 실리콘 전구체(20)의 공급원에 대한 튜브로서 제공될 수 있다.
복수의 가스 주입 구멍은 공정 가스 인젝터(17)의 높이의 일부에 걸쳐 연장될 수 있다. 가스 주입 구멍(23)은 각각 적어도 약 1 mm의 가스 주입 구멍 직경을 가질 수 있다. 가스 주입 구멍의 직경은, 예를 들어 약 3 mm일 수 있다. 공정 가스 인젝터(17)의 모든 가스 주입 구멍 직경은 실질적으로 동등할 수 있다. 각각의 가스 주입 구멍은, 가스 주입 구멍 면적을 가질 수 있으며, 공정 가스 인젝터(17)의 모든 가스 주입 구멍 면적의 총 면적은 적어도 약 30 mm2일 수 있다. 모든 가스 주입 구멍 영역의 총 면적은 약 200 mm2 내지 400 mm2일 수 있다.
화학 기상 증착 퍼니스는, 공정 챔버(4)의 하단부 근처에서 퍼지 가스(25)를 공정 챔버(4) 내에 제공하도록 구성되고 배열된 퍼지 가스 주입 시스템(24)을 구비할 수 있다. 따라서, 퍼지 가스 라인(24)은, 플랜지(3) 중 하나를 통한 통로로서 부분적으로 제공될 수 있고, 또한 퍼지 가스(25)의 공급원에 대한 튜브로서 제공될 수 있다. 퍼지 주입 가스 시스템은, 퍼지 가스로서 불활성 가스를 제공하도록 구성되고 배열될 수 있다. 퍼지 가스 주입 시스템은, 불활성 퍼지 가스로서 질소를 제공하도록 구성되고 배열될 수 있다. 질소는 반도체 제작 팹에서 쉽게 이용 가능하고 저렴한 불활성 가스이다.
퍼지 가스 주입 시스템은 15 내지 100, 바람직하게는 30 내지 70, 가장 바람직하게는 약 50 cm3/분(SCCM)의 퍼지 가스를 공정 챔버 내로 제공하도록 구성되고 배열될 수 있다. 퍼지 주입 가스 시스템은, 보트 위의 높이에 걸쳐 웨이퍼 상의 실리콘 질화물 증착의 균일성을 개선하기 위해, 공정 챔버에 퍼지 가스로서 불활성 가스를 제공하도록 구성되고 배열될 수 있다. 퍼지 주입 가스 시스템은, 보트 위의 높이에 걸쳐 웨이퍼 상의 실리콘 질화물 증착의 균일성을 조절하기 위해, 공정 챔버에 퍼지 가스의 흐름을 조절하도록 조정 놉을 구비할 수 있다.
화학 기상 증착 퍼니스는, 공정 챔버(4)의 하단부에서 가스를 제거하기 위해, 가스 배기 개구(8)를 구비할 수 있다. 이러한 방식으로, 가스에 대해 라이너 개구 위에서 라이너(2)를 폐쇄하고, 공정 가스 인젝터(17)로 공정 가스를 제공하고 퍼지 가스 주입 시스템으로 퍼지 가스(25)를 공정 챔버(4)에 제공하고, 공정 챔버(4)의 하단부에서 가스 배기 개구(8)에 의해 공정 챔버(4)로부터 가스를 제거함으로써, 공정 챔버(4)의 하향 흐름(26)이 생성될 수 있다. 이러한 하향 흐름은 반응 부산물의 오염물, 기판, 보트(6), 라이너(2), 및/또는 플랜지(3) 상의 라이너(2)의 지지 영역으로부터의 입자를 처리된 기판(W)으로부터 멀리 가스 배기 개구(8) 쪽으로 하향 및 반경 방향 바깥으로 운반할 수 있다. 공정 챔버(4)으로부터 가스를 제거하기 위한 가스 배기 개구(8)는 펌프에 선택적으로 연결될 수 있다. 펌프는, 공정 챔버(4) 내의 압력을 20 내지 500 토르, 보다 바람직하게는 50 내지 300 토르, 그리고 가장 바람직하게는 100 내지 150 밀리토르 사이의 압력으로 제어하기 위해 사용될 수 있다.
화학 기상 증착 퍼니스는 다음에 의해 웨이퍼(W) 상에 실리콘 질화물 층을 증착하기 위해 사용될 수 있다: 복수의 웨이퍼를 웨이퍼 보트(6)에 제공하고 실질적인 수직 방향으로 웨이퍼 보트를 화학 기상 증착 퍼니스의 공정 챔버(4)에 로딩하는 단계, 실리콘 전구체(20)와 질소 전구체(22)에 기초한 공정 가스를 공정 가스 인젝터(17) 내로 복수의 수직 방향 이격된 가스 주입 구멍(23)으로 흐르게 하여 공정 가스를 공정 챔버(4)로 웨이퍼 보트(6) 내의 웨이퍼 위로 제공하는 단계. 선택적으로, 퍼지 가스(25) 및/또는 공정 가스가 공정 챔버(4)의 하단부 근처에서 공정 챔버(4) 내에 제공될 수 있다. 공정 챔버(4) 내의 압력은 증착 공정 동안에 20 내지 500 토르, 보다 바람직하게는 50 내지 300 토르, 그리고 가장 바람직하게는 100 내지 150 밀리토르 사이의 압력으로 제어될 수 있다.
이 공정에 의해 제조된 막은 웨이퍼 상에 증착할 뿐만 아니라, 공정 챔버(4)의 라이너(2), 웨이퍼 보트(6) 및 공정 가스 인젝터(17)의 내외부 상에 증착한다. 막은 높은 인장 응력을 가질 수 있으며, 이는 반응 챔버(4), 웨이퍼 보트(6) 및 공정 가스 인젝터의(17) 막의 플레이킹으로부터 높은 수준의 웨이퍼 입자 오염을 초래할 수 있다. 공정 챔버(4), 웨이퍼 보트(6) 및 공정 가스 인젝터(17)는 웨이퍼(W) 오염을 방지하기 위해 막이 플레이킹을 시작하기 전에 세정되거나 교체될 수 있다.
세정을 위해, 에천트 가스를 사용하여 막을 세정할 수 있다. 에천트 가스의 너무 많이 제공되면, 공정 챔버의 일부 및 공정 가스 인젝터는 과식각될 수 있으며, 이는 이들 부분의 손상을 초래할 수 있다. 에천트 가스가 너무 적게 제공되면, 공정 챔버 및 공정 가스 인젝터의 일부는 여전히 그 위에 막을 가질 수 있다. 부품이 과식각되지 않도록 보장하면서 부품이 충분히 세정될 수 있도록 충분한 세정의 올바른 균형을 찾기가 어렵다는 것이 밝혀졌다. 이는 특히 공정 가스 인젝터(17)의 내부에 대해 그러했다. 공정 가스 인젝터(17)의 내부는 고농도의 공정 가스가 증착에 특히 민감하기 때문이다.
도 2는, 도 1의 화학 기상 증착 퍼니스와의 협력을 위한 밸브 시스템(31)과 세정 시스템(43, 33)을 개시한다. 도 2는, 공정 가스 인젝터(17)의 공급 말단(18)이 제2 공급 라인(21) 및 제2 밸브(35)를 통해, 실리콘 전구체(20)의 제2 공급원(41)에 연결됨을 나타낸다. 공정 가스 인젝터(17)의 공급 말단(18)은, 제1 공급 라인(19) 및 제2 밸브(37)를 통해, 질소 전구체(22)의 제1 공급원(39)에 또한 연결될 수 있다. 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 밸브(35, 37) 모두는 실리콘 전구체(20) 및 질소 전구체(22)를 위해 폐쇄된다. 그러나, 제1 및 제2 밸브(35, 37) 모두가 실리콘 전구체(20)와 질소 전구체(22)를 위해 개방되는 경우, 공정 가스 인젝터(17)의 공급 말단(18)은 공정 챔버(4) 내에 실리콘 질화물 층을 증착하기 위한 공정 가스를 수용할 것이다.
밸브 시스템(31)은 공정 가스 인젝터(17)의 공급 말단(18)을 세정 가스 공급원이 구비된 세정 가스 시스템(43)에 연결하도록 추가로 구성되고 배열될 수 있다. 이는, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 밸브(35)와 함께 제2 공급 라인(21)을 통해 실리콘 전구체(20)의 제2 공급원(41)을 폐쇄함으로써 수행될 수 있다. 동시에, 제1 공급원(39)으로부터 제1 공급 라인(19)을 통해 공급 말단(18)으로의 질소 전구체(22)의 흐름은 제2 밸브(37)에 의해 폐쇄될 수 있다. 이 방식으로, 세정 가스 시스템(43)으로부터 공정 가스 인젝터(17)의 내부로 세정 가스(33)를 제공하여 여기서 실리콘 질화물을 제거할 수 있고, 나중에 가스가 가스 주입 구멍(23)을 통해 공정 챔버(4) 내로 처리 가스 인젝터의 내부를 빠져나올 경우에, 공정 챔버(4)를 세정할 수 있다. 공정 가스 인젝터(17)의 내부는 신선한 세정 가스(33)가 구비될 제1 영역일 수 있기 때문에, 식각 속도는 반응 챔버(4)에서보다 내부에서 더 높을 수 있다. 이는 유리하게는 증착 속도가 공정 가스 인젝터(17)의 내부에서도 더 높기 때문에, 특히 공정 가스 인젝터(17)의 내부에서 더 높은 식각 속도로부터 이득을 얻을 수 있다.
공급원이 있는 경우, 가스를 함유하는 용기 또는 가스를 제공하는 가스 연결부를 의미함을 이해할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제1 밸브(35)는 실리콘 전구체 또는 세정 가스를 공급 말단(18)에 연결하는 두 방향 밸브일 수 있다. 밸브 시스템(31)은 또한 이러한 기능을 별도로 수행하는 두 개의 밸브로 설계될 수 있다.
밸브 시스템(31)과 세정 시스템(43)에 작동 가능하게 연결된 제어기(50)가 제공될 수 있다. 제어기(50)는 증착 및 세정 동안에 제1 및 제2 밸브(35, 37)를 제어할 수 있다. 제어기(50)는 메모리(50)와 프로세서(53)를 구비할 수 있다. 제어기(50)는, 예를 들어 시간의 함수로서 레시피를 실행하기 위한 프로세서(53)의 일부로서 클록을 구비할 수 있다. 증착 및/또는 세정을 위한 레시피는 메모리(50)에 저장될 수 있다.
세정 가스 시스템(43)은, 불활성 가스 공급원(45)으로부터 수용된 불활성 가스와 혼합된 세정 가스(33)를 제공하도록 구성되고 배열될 수 있다. 불활성 가스 공급원(45)은 불활성 가스로서 아르곤, 헬륨 또는 질소를 제공할 수 있다. 세정 가스 시스템(43)은 아르곤, 헬륨 또는 질소와 혼합된 세정 가스를 제공하도록 구성되고 배열될 수 있다. 세정 가스 시스템(43)은, 세정 가스 공급원(33)으로부터 불소, 염소, 브롬 및 요오드를 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 할로겐을 포함한 세정 가스를 제공하도록 구성되고 배열될 수 있다. 세정 가스 시스템(43)은, 세정 가스 공급원(33)으로부터 삼불화질소(NF3)를 포함한 세정 가스를 제공하도록 구성되고 배열될 수 있다.
세정 가스 시스템(43)은, 세정 가스 공급원(33)으로부터의 세정 가스를 불활성 가스 공급원(45)으로부터의 불활성 가스와 혼합하도록 구성되고 배열될 수 있다. 세정 가스는, 세정 가스 시스템(43)에 의해 불활성 가스 내에서 1 내지 20%, 바람직하게는 3 내지 10%, 및 가장 바람직하게는 약 5%의 혼합물로 혼합될 수 있다. 세정 가스 시스템(43)에 의한 혼합은 제어기(50)에 의해 제어되어 세정 가스의 부분 압력을 요구되는 범위 내에서 얻을 수 있다. 요구되는 범위에서, 과식각은 일어날 수 없다. 세정 가스 시스템(43)은, 10 내지 300, 바람직하게는 50 내지 200 cm3/분(SCCM)의 유량으로 세정 가스(순수 에천트)를 밸브 시스템(31)에 제공하도록 구성되고 배열될 수 있다. 불활성 가스와 혼합되기 때문에, 5% 농도의 에천트가 0.2 내지 6, 바람직하게는 1 내지 4 리터/분(SLM)로 사용되는 경우, 이는 총 유량을 의미할 것이다.
세정 가스는 불소일 수 있고, 세정 가스 시스템(43)에 의해 불활성 가스로서 헬륨에서 1 내지 20%, 바람직하게는 3 내지 10%, 및 가장 바람직하게는 약 5% 혼합될 수 있다.
화학 기상 증착 퍼니스는, 공정 가스 인젝터(17)의 내부에 세정 가스 시스템(43)과 함께 세정 가스를 제공하도록 구성되고 배열될 수 있다. 퍼니스는 0.01 내지 0.5, 가장 바람직하게는 내부에 0.05 토르의 부분 압력으로 세정 가스를 제공하도록 구성될 수 있다. 이러한 부분 압력에서, 인젝터(17)의 내부에서 비교적 두꺼운 층의 세정은 비교적 빠르게 달성될 수 있다.
화학 기상 증착 퍼니스는 공정 가스 인젝터(17)를 통해 공정 챔버(4) 내의 세정 가스 시스템(43)과 함께 세정 가스를 제공하도록 구성되고 배열될 수 있다. 공정 챔버(4)로부터 가스를 제거하기 위한 가스 배기 개구(8)는 펌프에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 펌프는 제어기(50)에 연결되어, 공정 챔버(4) 내의 압력을 세정 가스의 부분 압력으로 0.001 내지 0.1 사이, 가장 바람직하게는 약 0.02 토르까지 제어할 수 있다. 이 부분 압력에서, 공정 챔버(4) 내의 비교적 얇은 층의 세정은, 공정 챔버(4)의 과식각을 피하기 위해 비교적 느리게 달성될 수 있다. 과식각은, 표면을 거칠게 할 수 있기 때문에, 공정 가스 인젝터(17), 공정 튜브(1) 또는 라이너(2)의 수명에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 화학 기상 증착 퍼니스는, 공정 챔버 내 세정 가스의 입자 압력을 낮추기 위해, 공정 챔버(4)의 하단부 근처에서 퍼지 가스(25)를 공정 챔버(4) 내에 제공하도록 구성되고 배열된 퍼지 가스 주입 시스템(24)을 구비할 수 있다. 퍼지 가스 주입 시스템(24)은 제어기(50)에 연결되어, 공정 챔버(4)의 세정를 위해 0.001 내지 0.1, 및 가장 바람직하게는 약 0.02 토르의 세정 가스의 부분 압력을 제어하면서, 과식각을 피한다.
공정 가스 인젝터(17)의 내부가 충분히 세정될 경우, 세정 가스의 부분 압력은 공정 챔버(4)를 세정하기 위해 제어기(50)에 의해 증가할 수 있다.
선택적으로, 퍼지 가스 주입 시스템(24)은 공정 챔버(4)의 하단부 근처에서 공정 챔버(4)에 세정 가스를 제공하도록 구성되고 배열될 수 있다. 이는, 세정 가스 이외에 공정 가스 인젝터를 통해 또는 별도의 용액으로서 추가로 달성될 수 있다. 이는 시간 내에 공정 챔버(4)를 세정하는 데 도움이 될 수 있다.
일 구현예에서, 공정 가스 인젝터(17)와 공정 챔버(4)의 세정은 서로로부터 분리될 수 있다. 이는 두 단계 세정 절차에 의해 달성될 수 있다. 따라서, 화학 기상 증착 퍼니스는, 제1 단계에서, 공정 가스 인젝터(17)의 내부에 세정 가스 시스템(43)을 이용해 세정 가스를 제공하도록 구성되고 배열될 수 있는 반면, 불활성 가스 공급원(45)으로부터의 불활성 가스는 공정 챔버(4)에 직접 제공될 수 있다. 이는, 공정 챔버(4) 내의 부분 압력을 조절하는 것을 허용할 수 있다. 세정 가스가 가스 주입 구멍(23)을 통해 공정 챔버(4)로 공정 가스 인젝터(17)의 내부를 빠져나오는 경우, 증착 공정에 의해 생성된 막의 식각이 공정 챔버(4) 내에서도 일어난다. 따라서, 불활성 가스를 공정 챔버(4)에 제공하면, 공정 챔버(4) 내의 세정 가스의 부분 압력을 감소시킬 수 있다. 이는, 공정 챔버(4)에서 증착 공정에 의해 생성된 막의 식각 속도를 감소시킬 수 있다. 이는 공정 챔버(4)의 과식각을 피하는 것을 유리하게 허용할 수 있는 반면, 공정 가스 인젝터(17)를 세정함으로써 공정 챔버(4)의 수명을 위태롭게 하지는 않는다.
따라서, 가스 인젝터(17)의 세정을 공정 챔버(4)의 세정과 이렇게 분리하는 것은, 제1 단계 동안에 가스 인젝터(17)의 세정으로 이어질 수 있다.
제1 단계 동안, 공정 가스 인젝터(17)에서의 세정 가스의 부분 압력은, 공정 챔버(4)에서의 것보다 공정 가스 인젝터(17)에서의 증착 공정에 의해 생성된 막의 식각 속도의 비가 약 2 이상일 수 있어서, 제1 단계 세정이 달성되는 동안에 주로 공정 가스 인젝터(17)의 세정이 달성되도록 구성될 수 있다.
그 다음, 제어기(50)에 연결될 수 있는 펌프는, 제1 단계 동안, 공정 챔버(4)에서의 세정 가스의 부분 압력을 0.2 토르 미만으로 조절할 수 있는 반면, 공정 가스 인젝터(17)에서의 세정 가스의 부분 압력을 0.2 토르보다 높게 조절할 수 있다. 이는, 유리하게는 공정 챔버(4)의 세정과 비교하여 더 높은 선택도로, 제1 단계 동안에 공정 가스 인젝터(17)의 세정을 제공할 수 있게 한다.
일 구현예에서, 제1 단계 동안, 공정 가스 인젝터 내의 세정 가스의 부분 압력은 0.2 토르 내지 0.5 토르의 범위일 수 있다.
제1 단계 동안, 불활성 가스 공급원(45)으로부터 공정 챔버(4)로의 불활성 가스의 직접 제공은, 일 구현예에서 바닥 유입구를 통해 수행될 수 있다.
일 구현예에서, 제1 단계 동안, 불활성 가스를 공정 챔버(4)에 직접 제공하는 단계는, 공정 챔버(4) 내에 존재할 수 있는 다른 공정 가스 인젝터(17)를 통해 수행될 수 있다. 이는 다수의 공정 가스 인젝터가 사용되는 경우일 수 있으며, 각각은 공정 가스에 포함될 수 있는 상이한 전구체를 개별적으로 제공하도록 유도된다.
공정 가스 인젝터(17)의 세정이 완료된 후, 제1 단계 동안, 가스 인젝터(17)로 세정 가스의 공급이 중지될 수 있고, 제2 단계 동안, 불활성 가스 공급원(45)으로부터의 불활성 가스의 제공으로 교체될 수 있다. 그 다음, 세정 가스는 공정 챔버(4)에만 제공됨으로써, 제2 세정 단계를 수행할 수 있다. 그 다음, 이는 공정 챔버(4)를 세정하는 것이 공정 가스 인젝터(17)의 세정으로부터 분리되어 수행되도록 허용한다. 분리는, 공정 가스 인젝터(17)와 공정 챔버(4)를 서로 독립적으로 세정할 수 있게 하여, 공정 가스 인젝터(17) 및/또는 공정 챔버(4)의 과식각 위험을 최소화할 수 있다.
일 구현예에서, 세정 가스를 공정 챔버(4)에 제공하는 단계는 하부 유입구를 통해 직접 수행될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 공정 챔버(4)로 세정 가스의 제공은, 공정 챔버(4) 내에 존재할 수 있는 다른 공정 가스 인젝터(17)를 통해 수행될 수 있다.
제어기(50)에 연결될 수 있는 펌프는, 제2 단계 동안, 공정 챔버(4) 내의 세정 가스의 부분 압력을 0.2 토르 이상으로 조절할 수 있다. 이는, 불활성 가스가 공정 가스 인젝터(17)에 제공되는 동안, 공정 챔버(4)의 세정을 유리하게 허용할 수 있다.
두 단계 세정에 따라 실리콘 질화물을 제거하기 위한 예시적인 구현예에서, He와 혼합된 5% F2 가스가 550°C에서 세정 가스로서 사용될 수 있다. 제1 단계 동안, 세정 가스는 약 0.3 토르로 공정 가스 인젝터(17)에 제공될 수 있다. 제2 단계 동안, 세정 가스는 약 0.2 토르로 공정 챔버(4)에 제공될 수 있다.
증착 공정에 의해 생성된 막을 식각하는 데 필요한 세정 가스의 부분 압력 값과 세정 시간은, 세정하고자 하는 막의 두께와 세정 가스 내의 불활성 가스의 백분율이 변화함에 따라, 변경될 수 있음을 이해해야 한다.
화학 기상 증착 퍼니스는 웨이퍼 보트(6) 내의 웨이퍼를 가열하기 위한 히터(11)룰 구비할 수 있다. 화학 기상 증착 퍼니스는 플랜지(3) 상에 장착된 온도 측정 시스템을 구비할 수 있고, 온도를 측정하기 위해 라이너의 상부 말단을 향해 라이너(2)의 외부 표면을 따라 연장된다. 온도 측정 시스템은, 상이한 높이에서 온도를 측정하기 위해 빔의 길이를 따라 제공된 복수의 온도 센서를 갖는 빔을 포함할 수 있다. 히터(11)와 온도 측정 시스템은, 세정 및 증착 동안에 공정 챔버(4)의 온도를 제어하기 위해, 제어기(50)에 연결될 수 있다.
히터(11)는, 세정의 시작 동안에 공정 챔버(4)의 상부를 공정 챔버(4)의 하부보다 높은 온도로 가열하기 위해, 제어기(50)에 의해 제어될 수 있다. 먼저, 히터(11)로 공정 챔버(4)의 상부를 625°C로 가열하고, 공정 챔버(4)의 하부를 575°C 미만으로 가열하면서, 제1 세정 가스를 제공한다. 이는, 공정 가스 인젝터(17)의 하부에서 세정 가스의 소비를 방지하고, 공정 가스 인젝터(17)의 상부에서 식각을 가능하게 한다. 그 후, 공정 챔버(4)의 중앙 및 그 후 하부의 온도는, 공정 가스 인젝터(17)의 하부에서 식각을 증가시키기 위해, 제어기(50)의 제어 하에 히터(11)에 의해 서서히 증가할 수 있다.
바람직한 구현예는, 염소-함유 전구체가, 예를 들어 암모니아(NH3)와 같은 질소 전구체와 조합하여 사용되는 화학물질에 특히 적용 가능하다. 염소-함유 전구체의 예는 다음과 같다: TiCl4, SiCl2H2, HfCl4 및 AlCl3. 질소 전구체는 질소가 아닐 수 있음을 이해해야 한다. 질소 전구체는 반응성일 수 있는 반면, 질소는 반응성이 아닐 수 있다.
본 발명의 예시적인 구현예가 첨부된 도면을 참조하여 부분적으로 전술되었지만, 본 발명은 이들 구현예에 한정되지 않는 점을 이해해야 한다. 개시된 구현에 대한 변형은 도면, 개시물, 및 첨부된 청구범위에 대한 연구로부터 청구된 발명을 실시함에 있어서 당업자에 의해 이해되고 영향을 받을 수 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐 "하나의 구현예" 또는 "일 구현예"에 대한 참조는, 본 구현예와 관련하여 설명된 특정 특징부, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에서 "하나의 구현예에서" 또는 "일 구현예에서"의 외관은 반드시 동일한 구현예를 지칭하지 않는다. 또한, 하나 이상의 구현예의 특정 특징부, 구조, 또는 특징은, 새롭고 명시적으로 설명되지 않은 구현예를 형성하도록 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있음을 유의한다.
Claims (21)
- 복수의 웨이퍼 상에 실리콘 질화물 막을 증착하기 위한 화학 기상 증착 퍼니스로서,
실질적인 수직 방향으로 세장형인 공정 챔버;
상기 공정 챔버에서 상기 복수의 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 보트;
상기 웨이퍼 보트를 따라 실질적으로 수직 방향으로 연장되는 상기 공정 챔버 내의 공정 가스 인젝터로서, 상기 공정 가스 인젝터의 내부의 공급 말단에 도입된 가스를 상기 공정 챔버에 제공하기 위해 복수의 수직 방향 이격된 가스 주입 구멍을 구비하는, 공정 가스 인젝터; 및
상기 공정 가스 인젝터의 공급 말단에 작동 가능하게 연결되고 실리콘 질화물 층을 증착하기 위해 실리콘 전구체의 공급원과 질소 전구체의 공급원을 상기 공정 가스 인젝터의 공급 말단에 연결하도록 구성되고 배열되는 밸브 시스템을 추가로 포함하되, 상기 밸브 시스템은 상기 공정 가스 인젝터의 공급 말단을 세정 가스 시스템에 연결시켜 상기 내부에 세정 가스를 제공하여 상기 공정 가스 인젝터 및/또는 상기 공정 챔버로부터 실리콘 질화물을 제거하도록 더욱 구성되고 배열되는, 퍼니스. - 제1항에 있어서, 상기 공정 가스 인젝터의 복수의 가스 주입 구멍은 실질적으로 상기 웨이퍼 보트의 높이에 걸쳐 연장되는, 화학 기상 증착 퍼니스.
- 제1항에 있어서, 상기 세정 가스 시스템은 세정 가스 공급원에 연결되는, 화학 기상 증착 퍼니스.
- 제1항에 있어서, 상기 세정 가스 시스템은 불활성 가스로 혼합된 상기 세정 가스를 제공하도록 구성되고 배열되는, 화학 기상 증착 퍼니스.
- 제4항에 있어서, 상기 세정 가스 시스템은 상기 불활성 가스로서 아르곤, 헬륨 또는 질소와 혼합된 상기 세정 가스를 제공하도록 구성되고 배열되는, 화학 기상 증착 퍼니스.
- 제1항에 있어서, 상기 세정 가스 시스템은 불소, 염소, 브롬 및 요오드를 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 할로겐을 포함하는 상기 세정 가스를 제공하도록 구성되고 배열되는, 화학 기상 증착 퍼니스.
- 제1항에 있어서, 상기 세정 가스 시스템은 삼불화질소(NF3)를 포함한 상기 세정 가스를 제공하도록 구성되고 배열되는, 화학 기상 증착 퍼니스.
- 제1항에 있어서, 상기 세정 가스 시스템은 불소(F2)를 포함한 상기 세정 가스를 제공하도록 구성되고 배열되는, 화학 기상 증착 퍼니스.
- 제1항에 있어서, 상기 세정 가스 시스템은 상기 불활성 가스로서 헬륨과 1 내지 20%, 바람직하게는 3 내지 10%, 및 가장 바람직하게는 약 5%의 혼합물로 상기 세정 가스를 제공하도록 구성되고 배열되는, 화학 기상 증착 퍼니스.
- 제1항에 있어서, 상기 세정 가스 시스템은 10 내지 300, 바람직하게는 50 내지 200 cm3/분(SCCM)의 유량으로 상기 세정 가스를 제공하도록 구성되고 배열되는, 화학 기상 증착 퍼니스.
- 제1항에 있어서, 상기 퍼니스는, 상기 공정 가스 인젝터의 내부에서 0.01 내지 0.5, 가장 바람직하게는 0.05 토르의 부분 압력으로 상기 세정 가스 시스템에 상기 세정 가스를 제공하도록 구성되고 배열되는, 화학 기상 증착 퍼니스.
- 제1항에 있어서, 상기 퍼니스는, 상기 공정 챔버에서 0.001 내지 0.1, 가장 바람직하게는 0.02 토르의 부분 압력으로 상기 세정 가스 시스템에 상기 세정 가스를 제공하도록 구성되고 배열되는, 화학 기상 증착 퍼니스.
- 제1항에 있어서, 상기 퍼니스는,
상기 공정 가스 인젝터와 독립적인 상기 공정 챔버에 불활성 가스를 제공하기 위한 퍼지 시스템; 및
상기 밸브 시스템, 상기 세정 가스 시스템 및 상기 퍼지 시스템에 작동 가능하게 연결되어, 세정 동안에 상기 공정 챔버 내의 상기 세정 가스를 희석시키기 위해 퍼지 가스를 제공하도록 상기 퍼지 시스템을 제어하는 제어기를 구비하는, 화학 기상 증착 퍼니스. - 제1항에 있어서, 상기 퍼니스는,
상기 공정 챔버를 가열하기 위한 히터; 및
상기 밸브 시스템, 상기 세정 가스 시스템 및 상기 히터에 작동 가능하게 연결되어, 세정 동안에 상기 공정 챔버를 가열하도록 상기 히터를 제어하는 제어기를 구비하는, 화학 기상 증착 퍼니스. - 제14항에 있어서, 상기 히터는 상기 공정 챔버에 걸쳐 수직 방향으로 온도 차이를 생성하도록 구성되고 배열되며, 상기 제어기는 상부에서의 세정을 개선하기 위해 세정 동안에 상기 공정 챔버의 하부에 비해 상기 공정 챔버의 상부에 더 높은 온도를 제공하도록 상기 히터를 제어하는, 화학 기상 증착 퍼니스.
- 제1항에 있어서, 상기 퍼니스는,
상기 공정 챔버로부터 가스를 제거하기 위한 펌프; 및
상기 밸브 시스템, 상기 세정 가스 시스템 및 상기 펌프에 작동 가능하게 연결되어, 세정 동안에 상기 공정 챔버로부터 가스를 제거하도록 상기 펌프를 제어하는 제어기를 포함하는, 화학 기상 증착 퍼니스. - 복수의 웨이퍼 상에 실리콘 질화물 층을 증착하기 위한 방법으로서,
복수의 웨이퍼를 웨이퍼 보트에 제공하고 상기 웨이퍼 보트를 실질적인 수직 방향으로 화학 기상 증착 퍼니스의 공정 챔버 내에 로딩하는 단계;
실리콘 전구체와 질소 전구체에 기초한 공정 가스를 상기 웨이퍼 보트에 평행하게 연장된 공정 가스 인젝터 내로 복수의 수직 방향 이격된 가스 주입 구멍으로 흐르게 하여 상기 공정 가스를 상기 공정 챔버로 상기 웨이퍼 보트 내의 웨이퍼 위로 제공하여 실리콘 질화물을 증착하는 단계; 및
상기 공정 챔버로부터 상기 웨이퍼 보트의 복수의 웨이퍼를 제거하는 단계;
상기 공정 가스 인젝터의 내부로 그리고 상기 공정 가스 인젝터의 내부로부터 상기 공정 챔버 내로 세정 가스를 제공하여 상기 공정 가스 인젝터 및/또는 상기 공정 챔버로부터 실리콘 질화물을 제거하는 단계; 및
세정 동안, 펌프로 상기 공정 챔버로부터 가스를 제거하는 단계를 포함하는, 방법. - 제17항에 있어서, 상기 방법은,
상기 공정 가스 인젝터의 내부에 제공하기 전에 상기 세정 가스를 불활성 가스와 혼합하는 단계; 및
상기 공정 챔버를 퍼지 가스로 퍼지하여, 세정 동안에 상기 공정 챔버 내의 상기 세정 가스를 희석시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제17항에 있어서, 상기 방법은,
세정 동안, 히터로 상기 공정 챔버를 가열하는 단계를 포함하되, 상기 공정 챔버를 가열하는 단계는,
- 상기 세정을 시작하는 동안, 상기 히터로 상기 공정 챔버의 하부보다 더 높은 온도로 상기 공정 챔버의 상부를 가열하는 단계; 및
- 상기 세정을 시작한 이후에, 상기 가열 시스템을 이용해 상기 공정 챔버의 하부를 상기 공정 챔버의 상부와 실질적으로 동일한 온도로 가열하는 단계를 포함하는, 방법. - 제17항에 있어서, 상기 방법은,
공정 가스를 상기 공정 챔버 내로 흐르게 하는 동안, 상기 공정 챔버로부터 공정 압력으로 펌프를 사용해 가스를 제거하는 단계; 및
세정 동안, 상기 공정 챔버로부터 상기 공정 압력보다 낮은 세정 압력으로 펌프를 사용해 가스를 제거하는 단계를 포함하는, 방법. - 복수의 웨이퍼 상에 실리콘 질화물 층을 증착하기 위한 방법으로서,
복수의 웨이퍼를 웨이퍼 보트에 제공하고 상기 웨이퍼 보트를 실질적인 수직 방향으로 화학 기상 증착 퍼니스의 공정 챔버 내에 로딩하는 단계;
실리콘 전구체와 질소 전구체에 기초한 공정 가스를 상기 웨이퍼 보트에 평행하게 연장된 공정 가스 인젝터 내로 복수의 수직 방향 이격된 가스 주입 구멍으로 흐르게 하여 상기 공정 가스를 상기 공정 챔버로 상기 웨이퍼 보트 내의 웨이퍼 위로 제공하여 실리콘 질화물을 증착하는 단계;
상기 공정 챔버로부터 상기 웨이퍼 보트의 복수의 웨이퍼를 제거하는 단계;
상기 공정 챔버에 불활성 가스를 제공하면서 상기 공정 가스 인젝터에 세정 가스를 제공하고, 이에 따라 상기 공정 가스 인젝터로부터 실리콘 질화물을 제거하는 단계;
상기 공정 가스 인젝터에 상기 세정 가스를 제공하는 것을 중지하는 단계; 및
상기 공정 챔버에 상기 세정 가스를 제공하면서 상기 공정 가스 인젝터에 상기 불활성 가스를 제공하고, 이에 따라 상기 공정 챔버로부터 실리콘 질화물을 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
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