KR20230158591A - 수소 라디칼 전처리를 통한 향상된 산화 - Google Patents

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Abstract

수소 라디칼 전처리를 통한 향상된 산화가 설명된다. 한 예에서, 기판을 산화시키는 방법은 프로세싱 챔버의 프로세싱 볼륨에 기판을 포지셔닝하는 것, 프로세싱 챔버에 유체 결합되는 원격 플라즈마 소스를 사용하여 수소 라디칼들을 생성하는 것, 기판의 표면을 생성된 수소 라디칼들에 노출시키는 것, 및 기판을 생성된 수소 라디칼들에 노출시키는 것에 후속하여, 기판의 표면을 산화시켜 기판의 표면 상에 산화물 층을 형성하는 것을 포함한다.

Description

수소 라디칼 전처리를 통한 향상된 산화
본 출원은, 2021년 3월 22일자로 출원된 미국 가출원 번호 63/164,411을 우선권으로 주장하는, 2022년 2월 7일자로 출원된 미국 출원 번호 17/666,188을 우선권으로 주장하는데, 이들 출원의 전체 내용들은 인용에 의해 이로써 본원에 통합된다.
본 개시내용의 실시예들은 반응기(reactor) 또는 플라즈마 프로세싱 챔버들의 분야에 관한 것으로, 특히 수소 라디칼 전처리를 통한 향상된 산화(enhanced oxidation)에 관한 것이다.
미세 가공에서, 열 산화는 웨이퍼의 표면 상에 산화물의 얇은 층(일반적으로 실리콘 이산화물)을 생성하는 한 방식이다. 이 기술은 산화제가 고온에서 웨이퍼 안으로 확산되어 그것과 반응하도록 강제한다. 열 산화는 상이한 재료들에 적용될 수 있지만, 그러나 가장 일반적으로 실리콘 이산화물을 생성하는 실리콘 기판들의 산화를 수반한다.
대부분의 열 산화는, 800과 1200℃ 사이의 온도들에서, 노(furnace)들 내에서 수행된다. 단일의 노가 많은 웨이퍼들을 동시에 수용한다. 역사적으로, 단일의 노는 웨이퍼들을, 서로의 옆에서, 수직으로 유지하였다. 그러나, 많은 현대의 설계들은 웨이퍼들을, 서로의 위아래에서, 수평으로 유지하고, 그들을 아래에서부터 산화 챔버로 로딩한다. 더욱 최근에는, 열 산화 프로세스들을 위해 단일의 웨이퍼 챔버들이 사용되었다.
열 산화 프로세스들의 영역에서는 개선들이 여전히 필요로 된다.
본 개시내용의 실시예들은 수소 라디칼 전처리를 통한 향상된 산화를 포함한다.
실시예에서, 기판을 산화시키는 방법은 프로세싱 챔버의 프로세싱 볼륨에 기판을 포지셔닝하는 것, 프로세싱 챔버에 유체 결합(fluidly couple)되는 원격 플라즈마 소스를 사용하여 수소 라디칼들을 생성하는 것, 기판의 표면을 생성된 수소 라디칼들에 노출시키는 것, 및 기판을 생성된 수소 라디칼들에 노출시키는 것에 후속하여, 기판의 표면을 산화시켜 기판의 표면 상에 산화물 층을 형성하는 것을 포함한다.
도 1a 및 도 1b는, 본 개시내용의 실시예에 따른, 본원에서 기술되는 방법들을 수행하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 프로세싱 챔버들의 개략적인 단면도들이다.
도 2는, 본 개시내용의 실시예에 따른, 본원에서 기술되는 방법들을 수행하기 위해 사용될 수 있는 다중 챔버 프로세싱 시스템의 개략적인 평면도이다.
도 3은, 본 개시내용의 실시예에 따른, 수소 라디칼 전처리를 통한 향상된 산화를 수반하는 방법을 예시하는 다이어그램이다.
도 4는, 본 개시내용의 실시예에 따른, 예시적인 컴퓨터 시스템의 블록 다이어그램을 예시한다.
수소 라디칼 전처리를 통한 향상된 산화가 설명된다. 이하의 설명에서, 본 개시내용의 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해, 다수의 특정한 세부사항들이 기술된다. 본 개시내용의 실시예들은 이들 특정한 세부사항들 없이도 실시될 수 있다는 것이 기술 분야에서 숙련된 자에게는 명백할 것이다. 다른 경우들에서, 본 개시내용의 실시예들을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해, 널리 공지된 양태들은 상세하게 설명되지 않는다. 더구나, 도면들에서 도시되는 다양한 실시예들은 예시적인 표현들이며 반드시 실척대로 묘사되는 것은 아니라고 이해되어야 한다.
하나 이상의 실시예들은 수소 라디칼 전처리를 포함하는 향상된 산화 프로세스들에 관한 것이다.
맥락을 제공하기 위해, 산화 두께는 통상적으로는 산화 소스의 온도, 압력 및 유량과 같은 산화 프로세스의 조건들에 의해 제한된다. 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따르면, 수소 라디칼 전처리를 사용하는 것에 의해, 달성 가능한 산화물 두께가 증가된다.
한 실시예에서, 수소 라디칼 프로세스를 사용하여 기판을 전처리하는 것에 의해, 산화 동안 기판의 산화물 두께가 증가된다. 하나의 특정한 예에서, 특정한 온도 및 산화 프로세스에서는 단지 20 옹스트롬 산화물 두께만이 가능할 수 있는 반면, 산화 프로세스가 수소 라디칼 전처리 프로세스에 선행하는 경우, 30 옹스트롬 산화물이 실현될 수 있다.
수소 라디칼 전처리를 사용하여 산화물 두께를 증가시키기 위한 본원에서의 접근법들의 구현예는 산화 조건들의 최적화를 위한 종래의 접근법들과는 구별될 수 있다. 본원에서의 접근법들의 구현예는 열 예산을 낮추는 것과 같은 이점들을 제공할 수 있고, 산화 프로세스에 대한 요구들(예컨대, 원격 플라즈마 소스 전력, 산화제 유량들, 가스 전달 컴포넌트들 등)을 낮추는 것을 가능하게 할 수 있다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따르면, 수소 라디칼 원격 플라즈마 소스(remote plasma source; RPS) 프로세스는 원격 플라즈마 소스를 통해 수소 소스를 유동시키는 것, 플라즈마 소스에서 수소 라디칼들을 생성하는 것, 및 수소 라디칼들을 기판으로 전달하고, 그에 의해, 향상된 산화를 위해 기판을 전처리하는 것을 포함한다. 본원에서 설명되는 실시예들은 수소, 산화, 원격 플라즈마 중 하나 이상을 수반할 수 있다.
한 실시예에서, 산화를 위한 수소(H)를 사용한 라디칼 전처리는, 0.01 Torr 내지 20 Torr 범위 내의 압력에서, 아르곤(Ar) 또는 다른 가스들이 있는 상태에서 또는 없는 상태에서 수소(H2)의 가스 흐름을 사용하여, 섭씨 25도 내지 섭씨 700도 범위 내의 온도에서, 1초 내지 5분 범위 내의 지속 기간 동안 수소 라디칼 노출을 수행하는 것에 의해 실행될 수 있으며, 가스 흐름에서 H2의 총 범위는 1% 내지 100%이다.
한 실시예에서, 후속하는 산화 프로세스는, 0.1 Torr 내지 800 Torr 범위 내의 압력에서, 아르곤(Ar) 또는 다른 가스들이 있는 상태에서 또는 없는 상태에서, 수증기(H2O) 또는 산소(O2), 또는 다른 산화 소스의 가스 흐름을 사용하여, 섭씨 25도 내지 섭씨 1200도 범위 내의 온도에서, 1초 내지 20분 범위 내의 지속 기간 동안 산소 소스 노출을 구현하는 것에 의해 수행될 수 있으며, 흐름에서 산화 소스의 총 범위는 1% 내지 100%이다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따르면, 수소 전처리는 후속하는 산화 프로세스와 동일한 챔버에서, 그리고 동일한 프로세스 레시피(예를 들면, 컴퓨터 프로그램)에서 수행된다. 다른 실시예들에서, 수소 전처리는 후속하는 산화 프로세스와 동일한 챔버에서 별개의 프로세스 레시피들을 사용하여 수행된다. 여전히 다른 실시예들에서, 수소 전처리 및 후속하는 산화 프로세스는 동일한 통합 플랫폼 상의 두 개의 상이한 챔버들에서, 또는 별개의 플랫폼들 상의 별도 챔버들에서 수행된다. 하나 이상의 실시예들에서, 수소 전처리는 인시츄(in situ) 프로세스이다. 다른 실시예들에서, 수소 전처리는 엑스 시츄(ex situ) 프로세스이다. 어느 경우든, 향상된 산화를 위한 수소 전처리의 이익이 실현될 수 있지만, 이익은 그러한 구성들 사이에서 상이한 크기를 가질 수 있다.
한 실시예에서, 산화 프로세스와 함께 수소 라디칼 전처리의 구현은 수소 라디칼 전처리의 사용 없이 구현되는 동일한 산화 프로세스에 비해 산화물 두께에서 대략 50% 증가를 제공한다. 특정한 실시예에서, 산화 프로세스와 함께 수소 라디칼 전처리의 구현은, 수소 라디칼 전처리의 사용 없이 구현되는 동일한 산화 프로세스를 사용한 대략 20 옹스트롬 산화물 두께에 비해 대략 30 옹스트롬 산화물 두께를 제공한다.
한 실시예에서, 본원에서 설명되는 바와 같은 향상된 산화 프로세스는 향상된 처리 챔버에서 구현된다. 하나의 실시예에서, 챔버는 처리 애플리케이션들을 타깃으로 하기 위한 플랫폼 상의 라디칼 보조 열 처리 챔버이다. 하나의 실시예에서, 높은 배기 컨덕턴스(exhaust conductance)를 가능하게 하기 위한 챔버 본체가, 예를 들면, 대략 0.1 Torr 플라즈마 프로세싱 조건에 대해 사용된다. 하나의 실시예에서, 챔버는 특별히 라디칼 분배를 위한 프로세스 키트, 샤워헤드, 및/또는 펌핑 플리넘 설계 중 하나 이상을 포함한다. 하나의 실시예에서, 챔버는 H2 기반의 라디칼들을 타깃으로 한다.
도 1a 및 도 1b는, 본 개시내용의 실시예에 따른, 본원에서 기술되는 방법들을 수행하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 프로세싱 챔버들의 개략적인 단면도들이다.
도 1a는 본원에서 설명되는 방법들의 양태들을 수행하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 열 프로세싱 시스템, 프로세싱 챔버(100)를 개략적으로 예시한다. 여기서, 프로세싱 챔버(100)는 프로세싱 볼륨(104)을 정의하는 챔버 본체(102), 프로세싱 볼륨(104) 내에 배치되는 기판 지지체 어셈블리(106), 프로세싱 볼륨(104)에 유체 결합되는 원격 플라즈마 소스(RPS)(108), 및 시스템 컨트롤러(110)를 특징으로 한다. 프로세싱 볼륨(104)은, 프로세싱 볼륨(104)을 대기압 미만의 조건들에서 유지하고 그로부터 프로세싱 및 다른 가스들을 배기하는 진공 소스에, 예컨대 하나 이상의 전용 진공 펌프들에 유체 결합된다. 기판 지지체 어셈블리(106)는 지지 샤프트(112) 상에 배치되는 기판 지지체(107)를 포함하는데, 지지 샤프트는, 예컨대 챔버 베이스 위의 또는 아래의 영역에서 벨로우즈(도시되지 않음)에 의해 둘러싸이면서, 챔버 본체(102)의 베이스를 통해 밀봉식으로 연장된다. 여기서, 기판 지지체(107)는 기판 지지체(107)를, 따라서 기판 지지체(107) 상에 배치되는 기판(116)을 원하는 프로세싱 온도까지 가열하기 위해 사용되는 히터(114), 예를 들면, 저항성 가열 엘리먼트를 포함한다.
RPS(108)는 수소 가스 소스(118)에 유체 결합되고 수소 라디칼들을 생성하기 위해 사용되는데, 수소 라디칼들은, 그 다음, 프로세싱 볼륨(104) 안으로, 그들 사이에서 유체 결합되는 도관(120)을 통해, 흐르게 된다. 일부 실시예들에서, 도관(120)은 내부에 배치되는 유전체 라이너(122), 예를 들면, 석영 라이너 또는 알루미나 라이너를 특징으로 한다. 유전체 라이너(122)는, 유익하게도, 다르게는 RPS(108)와 프로세싱 볼륨(104) 사이에서 발생할 수 있는 라디칼 종들의 재결합을 감소시킨다.
일반적으로, 중성 수소 라디칼들을 형성하기 위한 수소 가스의 플라즈마 여기는, 기판(116)을 향해 가속되어 그 표면에서 형성되는 피처들에 바람직하지 않은 손상을 야기할 수 있는 하전된 수소 이온들을 또한 형성한다. 따라서, 일부 실시예들에서, 프로세싱 챔버(100)는 RPS(108)와 기판 지지체(107) 사이에서 배치되는 이온 필터(124)를 더 포함한다. 이온 필터(124)는 RPS(108)의 유출물로부터 수소 이온들을 제거하기 위해 사용된다. 프로세싱 챔버(100)와 함께 사용될 수 있는 적절한 이온 필터들의 예들은 정전기 필터들, 와이어 또는 메쉬 필터들, 상대적인 종횡비 개구들(예를 들면, 2:1 초과)을 갖는 플레이트들, 및 자성 이온 필터들을 포함한다. 본원의 실시예들에서, 이온 필터(124)는 유출물이 프로세싱 볼륨(104)에 도달하기 이전에 RPS 유출물로부터의 생성된 이온 라디칼들의 실질적으로 모두를 제거한다. 본원에서 사용될 때, "생성된 수소 이온들의 실질적으로 모두"는 RPS(108)에 의해 생성되는 수소 이온들의 약 95% 이상을 의미한다.
프로세싱 챔버(100)의 동작은 시스템 컨트롤러(110)에 의해 용이하게 된다. 시스템 컨트롤러(110)는, 메모리(128)(예를 들면, 불휘발성 메모리) 및 지원 회로들(130)과 함께 동작 가능한, 여기서는 CPU(126)인, 프로그래머블 중앙 프로세싱 유닛을 포함한다. CPU(126)는 다양한 챔버 컴포넌트들 및 하위 프로세서들을 제어하기 위한, 산업 환경에서 사용되는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서 중 하나, 예컨대 프로그래머블 로직 컨트롤러(programmable logic controller; PLC)이다. CPU(126)에 결합되는 메모리(128)는 비일시적이며 CPU(126)에 의해 실행될 때, 프로세싱 챔버의 동작을 용이하게 하는 명령들을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(예를 들면, 불휘발성 메모리)의 형태이다. 지원 회로들(130)은 통상적으로는 CPU(126)에 결합되고 캐시, 클록 회로들, 입력/출력 서브시스템들, 전력 공급부들 등, 및, 프로세싱 챔버의 다양한 컴포넌트들에 결합되는 이들의 조합들을 포함하여, 이들과의 기판 프로세싱 동작들의 제어를 용이하게 한다.
여기서, 메모리(128)의 명령들은 본 개시내용의 방법들을 구현하는 프로그램과 같은 프로그램 제품의 형태이다. 하나의 예에서, 본 개시내용은 컴퓨터 시스템과의 사용을 위해 컴퓨터 판독 가능 저장 매체들 상에 저장되는 프로그램 제품으로서 구현될 수 있다. 프로그램 제품의 프로그램(들)은 실시예들의 기능들을 정의한다(본원에서 설명되는 방법들을 포함함). 따라서, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체들은, 본원에서 설명되는 방법들의 기능들을 지시하는 컴퓨터 판독 가능 명령들을 반송하는 경우, 본 개시내용의 실시예들이다. 일부 실시예들에서, 프로세싱 챔버(100)는 도 1b에서 설명되는 프로세싱 시스템(150)의 피처들 중 임의의 하나 또는 조합을 포함할 수 있다.
도 1b는 본원에서 기술되는 방법들을 수행하기 위해 사용될 수 있는, 하나의 실시예에 따른, 프로세싱 시스템(150)을 예시하는 개략적인 단면도이다. 여기서, 프로세싱 시스템(150)은 제1 챔버 볼륨(155A) 및 제2 챔버 볼륨(155B)을 집합적으로 정의하는 챔버 덮개(152), 하나 이상의 챔버 벽들(153), 및 챔버 베이스(154)를 구비하는 일렬의(tandem) 프로세싱 챔버들(151A-151B)을 특징으로 한다. 여기서, 프로세싱 챔버들(151A-151B) 각각의 구성은, 동일한 또는 실질적으로 유사한 프로세스 조건들 하에서 복수의 기판들(도시되지 않음)의 동시적 프로세싱을 용이하게 하기 위해 서로 실질적으로 유사하다. 프로세싱 챔버들(151A-151B) 중 하나 또는 둘 모두는 도 1a에서 설명되는 프로세싱 챔버(100)의 피처들 중 임의의 하나 또는 조합을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 프로세싱 챔버들(151A-151B)의 구성, 예를 들면, 그들의 하나 이상의 피처들 및 컴포넌트들은 서로 상이하다.
챔버 볼륨들(155A-155B) 각각은 내부에 배치되는 개개의 기판 지지체 어셈블리(156) 및 챔버 볼륨들(155A-155B)로부터 프로세싱 컴포넌트들을 차폐하기 위해 그리고 내부에서의 가스들의 흐름을 유도하기 위해 사용되는 하나 이상의 차폐물들 또는 라이너들을 포함하는 프로세스 키트(157)를 구비한다. 챔버 볼륨들(155A-155B)은 공통 진공 소스(158), 예컨대 하나 이상의 전용 진공 펌프들에 유체 결합되는데, 이들은 챔버 볼륨들(155A-155B)을 대기압 미만의 조건들에서 유지하기 위해 그리고 그들로부터 프로세싱 및 다른 가스들을 배기하기 위해 사용된다. 프로세싱 가스들은 공통 가스 전달 시스템(159)을 사용하여 챔버 볼륨들(155A-155B)로 각각 전달된다.
여기서, 각각의 기판 지지체 어셈블리(156)는 챔버 베이스(154)를 통해 이동 가능하게 배치되는 지지 샤프트(160), 및 지지 샤프트(160) 상에 배치되는 기판 지지체(161)를 포함한다. 여기서, 기판 지지체들(161) 각각은, 기판을 원하는 프로세싱 온도에서 가열 및 유지하기 위해 사용되는 저항성 가열 엘리먼트와 같은 히터(162)를 포함한다. 챔버 덮개(152), 기판 지지체들(161), 및 대응하는 프로세스 키트들(157)의 차폐물들 및 라이너들은 기판 지지체들(161)이 상승된 포지션에 있을 때 개개의 프로세싱 볼륨들(163A-163B)을 집합적으로 정의한다.
도시되는 바와 같이, 프로세싱 볼륨들(163A-163B) 각각은 그들 사이에서 배치되는 가스 도관(165)을 사용하여 개개의 원격 플라즈마 소스(RPS)(164)에 유체 결합된다. 각각의 RPS(164)는 프로세싱 및 다른 가스들을 자신에게 전달하는 가스 전달 시스템(159)의 물 앰플(water ampoule; 166)에 유체 결합된다. 일부 실시예들에서, 가스 도관들(165) 각각은 유전체 라이너(도시되지 않음), 예컨대 도 1a에서 설명되는 유전체 라이너(122)를 포함하고, 프로세싱 시스템(150)은 각각의 RPS(164)와 프로세싱 볼륨들(163A-163B) 내에 배치되는 기판 지지체(161) 사이에서 배치되는 하나 이상의 이온 필터들(167)을 더 포함한다. 이온 필터(167)는 도 1a에서 설명되는 이온 필터(124)와 동일할 수 있거나 또는 실질적으로 유사할 수 있다. 다른 실시예들에서, 단일의 원격 플라즈마 소스가 활성화된 종들을 프로세싱 볼륨들(163A-163B) 각각으로 전달하기 위해 사용될 수 있다.
프로세싱 시스템의 동작은 CPU(171), 메모리(172), 및 지원 회로들(173)을 포함하는 시스템 컨트롤러(170)에 의해 용이하게 되는데, 지원 회로들(173)은 도 1a의 시스템 컨트롤러(110)에 대해 설명되는 바와 같이 구성되고 본원에서 설명되는 방법들을 구현하기 위한 명령들을 메모리(172)에 포함한다.
도 2는, 본 개시내용의 실시예에 따른, 본원에서 기술되는 방법들을 수행하기 위해 사용될 수 있는 다중 챔버 프로세싱 시스템의 개략적인 평면도이다.
도 2는 본원에서 기술되는 방법들을 수행하기 위해 사용될 수 있는, 하나의 실시예에 따른, 다중 챔버 프로세싱 시스템(200)을 개략적으로 예시하는 하향식 단면도(top down sectional view)이다. 여기서, 다중 챔버 프로세싱 시스템(200)은 프로세싱 시스템(200) 안으로 기판들을 수용하기 위한 하나 이상의 로드 락 챔버들(202), 전달 챔버(204), 및 여기서는 제1 프로세싱 시스템(150A), 제2 프로세싱 시스템(150B), 및 선택적인 제3 프로세싱 시스템(150C)인, 복수의 프로세싱 시스템들(150A-150C)을 포함한다. 프로세싱 시스템들(150A-150C) 각각은 그들 사이에서 배치되는 이송 챔버(204)에 의해 서로 유체 결합된다. 제1 프로세싱 시스템(150A)은 본원에서 설명되는 수소 라디칼 처리 방법들을 수행하도록 구성되고, 도 1b에서 설명되는 프로세싱 시스템(150)과 동일할 수 있거나 또는 실질적으로 유사할 수 있다. 제2 프로세싱 시스템(150B)은 하나 이상의 증착 챔버들, 예를 들면, 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 챔버, 원자 층 증착(atomic layer deposition; ALD) 챔버, 또는 물리적 기상 증착(physical vapor deposition; PVD) 챔버 중 임의의 하나를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 선택적인 제3 프로세싱 시스템(150C)은 에칭 시스템이다. 이송 챔버(204)는 프로세싱 시스템들(150A-150C) 사이에서 기판들의 이송을 가능하게 하기 위한 기판 핸들러(206)를 포함한다. 여기서, 이송 챔버(202)는, 기판을 대기압 조건들에 노출시키지 않으면서 본원에서 기술되는 방법들의 다양한 양태들을 수행하기 위해 기판이 프로세싱 챔버들(150A-150C) 사이에서 이송될 수 있도록, 진공 하에서 유지된다.
도 3은, 본 개시내용의 실시예에 따른, 수소 라디칼 전처리를 통한 향상된 산화를 수반하는 방법을 예시하는 다이어그램이다.
일반적으로, 향상된 산화 프로세스는 플라즈마 강화될 수 있는데, 여기서 방법은 전구체들 중 하나 또는 둘 모두의 플라즈마를 형성하여 그 라디칼 종들을 형성하는 것 및 기판을 플라즈마 및/또는 그로부터 형성되는 라디칼 종들에 노출시키는 것을 포함한다. 플라즈마는 인시츄일 수 있거나(프로세싱 볼륨 내에서 형성됨), 또는 예를 들면, 원격 플라즈마 소스의 사용에 의해 기판으로부터 원격에서 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 향상된 산화 프로세스는, 예를 들면, 기판이 가열되어 그 표면에서 반응들을 촉진시키는 열 프로세스들이다.
동작(302)에서, 기판을 산화시키는 방법(300)은 프로세싱 챔버의 프로세싱 볼륨에 기판을 포지셔닝하는 것을 포함한다.
한 실시예에서, 기판은 실리콘이거나 또는 실리콘을 포함하고, 최종적으로 형성된 산화물 층은 실리콘 산화물이거나 또는 실리콘 산화물을 포함한다.
동작(304)에서, 방법(300)은 프로세싱 챔버에 유체 결합되는 원격 플라즈마 소스를 사용하여 수소 라디칼들을 생성하는 것을 포함한다.
특정한 실시예에서, 수소 라디칼들은 수소 가스(H2)를 프로세싱 볼륨에 유체 결합되는 원격 플라즈마 소스(RPS)로 흐르게 하는 것 및 수소 가스의 플라즈마를 점화 및 유지하여 그 라디칼 종들을 형성하는 것에 의해 형성된다. 그 다음, 수소 라디칼들은 프로세싱 볼륨 안으로 흐르게 된다. 전형적으로, 300mm 직경 기판의 프로세싱을 위한 RPS로의 수소 가스(H2)의 유량은 약 10sccm과 약 5000sccm 사이, 예컨대 약 100sccm과 약 1500sccm 사이에 있다. 상이한 사이즈의 기판들에 대해 적절한 스케일링이 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 기판이 내부에 배치된 프로세싱 볼륨의 부분으로부터 분리되는 프로세싱 챔버의 프로세싱 볼륨의 부분에서 원격 플라즈마가 형성될 수 있다. 예를 들면, 그러한 실시예들에서, 원격 플라즈마는 샤워헤드에 의해 기판 프로세싱 부분으로부터 분리되는 프로세싱 볼륨의 부분에서 형성될 수 있다.
전형적으로, RPS로부터의 유출물은, 수소 라디칼들이 프로세싱 볼륨 및 그 안에 배치되는 기판의 표면에 도달하기 이전에, 이온 필터를 통해 흐르게 되어 그로부터 실질적으로 모든 이온들을 제거한다. 원격 플라즈마가 프로세싱 볼륨의 별개의 부분에서 형성되는 실시예들에서, 샤워헤드는 원격 플라즈마 사이에서 배치될 수 있고, 기판 프로세싱 부분은 이온 필터로서 사용될 수 있다.
동작(306)에서, 방법(300)은 기판의 표면을 생성된 수소 라디칼들에 노출시키는 것을 포함한다.
한 실시예에서, 기판의 표면을 생성된 수소 라디칼들에 노출시키는 것은 1초 내지 5분 범위 내의 지속 기간 동안 수행된다. 한 실시예에서, 기판의 표면을 생성된 수소 라디칼들에 노출시키는 것은 섭씨 25도 내지 섭씨 700도 범위 내의 온도에서 수행된다. 한 실시예에서, 기판의 표면을 생성된 수소 라디칼들에 노출시키는 것은, 수소(H2)의 가스 흐름을 사용하여 수행되며, 가스 흐름에서 H2의 총 범위는 1% 내지 100%이다. 한 실시예에서, 기판 표면을 생성된 수소 라디칼들에 노출시키는 것은 0.01 Torr 내지 20 Torr 범위 내의 압력에서 수행된다.
동작(308)에서, 방법(300)은, 기판을 생성된 수소 라디칼들에 노출시키는 것에 후속하여, 기판의 표면을 산화시켜 기판의 표면 상에 산화물 층을 형성하는 것을 포함한다.
한 실시예에서, 기판의 표면을 산화시키는 것은 1초 내지 20분 범위 내의 지속 기간 동안 수행된다. 한 실시예에서, 기판의 표면을 산화시키는 것은 섭씨 25도 내지 섭씨 1200도 범위 내의 온도에서 수행된다. 한 실시예에서, 기판의 표면을 산화시키는 것은, 수증기(H2O) 또는 산소(O2), 또는 다른 산화 소스의 가스 흐름을 사용하여 수행되며, 흐름에서 산화 소스의 총 범위는 1% 내지 100%이다. 한 실시예에서, 기판의 표면을 산화시키는 것은 0.1 Torr 내지 800 Torr 범위 내의 압력에서 수행된다.
한 실시예에서, 동작(308)에 후속하여, 방법(300)은 선택적으로 열 베이크 프로세스(thermal bake process)를 포함한다. 열 베이크 프로세스는 기판을 처리 온도에서 유지하는 것 또는 기판을 처리 온도와는 상이한 제2 온도까지 가열하는 것을 포함할 수 있고, 수소 가스를 프로세싱 볼륨 안으로 동시에 흐르게 하면서 수행될 수 있다. 전형적으로, 수소 가스를 프로세싱 볼륨 안으로 흐르게 하는 것은, 그 안으로 수소 가스를 계속 흐르게 하면서, RPS에서 형성되는 플라즈마를 소멸시키는 것을 포함한다. 수소 가스는 동작(306)의 수소 라디칼 처리 동안과 거의 동일한 유량에서 흐르게 될 수 있거나 또는 그것에 비교하여 증가 또는 감소될 수 있다. 베이크는 동작들(302, 304, 306 및 308)과 동일한 프로세싱 챔버에서 수행될 수 있다. 다른 실시예들에서, 기판은 진공 하에서 다중 챔버 프로세싱 시스템의 제2 프로세싱 챔버로 이송될 수 있고, 열 베이크 프로세스는 제2 프로세싱 챔버에서 수행될 수 있다.
한 실시예에서, 열 산화를 위한 반도체 웨이퍼 또는 기판은 제조 프로세스를 견디기에 적합하고 그 상에 반도체 프로세싱 층들이 적절하게 배치될 수 있는 재료로 구성된다. 예를 들면, 하나의 실시예에서, 반도체 웨이퍼 또는 기판은 결정성 실리콘, 게르마늄 또는 실리콘/게르마늄과 같은(그러나 이들로 제한되지는 않음) IV족 기반의 재료로 구성된다. 특정한 실시예에서, 반도체 웨이퍼는 단결정성 실리콘 기판을 포함한다. 특정한 실시예에서, 단결정성 실리콘 기판은 불순물 원자들로 도핑된다. 다른 실시예에서, 반도체 웨이퍼 또는 기판은 III-V 재료로 구성된다.
본 개시내용의 실시예들은, 본 개시내용의 실시예들에 따른 프로세스를 수행하도록 컴퓨터 시스템(또는 다른 전자 디바이스들)을 프로그래밍하기 위해 사용될 수 있는 명령들이 저장된 기계 판독 가능 매체를 포함할 수 있는 컴퓨터 프로그램 제품 또는 소프트웨어로서 제공될 수 있다. 하나의 실시예에서, 컴퓨터 시스템은 예컨대 도 1a, 도 1b 및 도 2와 연관하여 상기에서 설명되는 프로세스 챔버 또는 시스템과 결합된다. 기계 판독 가능 매체는 기계(예를 들면, 컴퓨터)에 의해 판독 가능한 형태로 정보를 저장 또는 송신하기 위한 임의의 메커니즘을 포함한다. 예를 들면, 기계 판독 가능(예를 들면, 컴퓨터 판독 가능) 매체는 기계(예를 들면, 컴퓨터) 판독 가능 저장 매체(예를 들면, 판독 전용 메모리(read only memory; "ROM"), 랜덤 액세스 메모리(random access memory; "RAM"), 자기 디스크 저장 매체들, 광학적 저장 매체들, 플래시 메모리 디바이스들 등), 기계(예를 들면, 컴퓨터) 판독 가능 송신 매체(전기적, 광학적, 청각적 또는 다른 형태의 전파된 신호들(예를 들면, 적외선 신호들, 디지털 신호들 등)) 등을 포함한다.
도 4는 기계의 개략적인 표현을, 기계로 하여금 본원에서 설명되는 방법론들 중 임의의 하나 이상을 수행하게 하기 위한 명령들의 세트가 실행될 수 있는 컴퓨터 시스템(400)의 예시적인 형태로 예시한다. 대안적인 실시예들에서, 기계는 로컬 영역 네트워크(Local Area Network; LAN), 인트라넷, 엑스트라넷, 또는 인터넷에서 다른 기계들에 연결될(예를 들면, 네트워크화될) 수 있다. 기계는 클라이언트-서버 네트워크 환경에서 서버 또는 클라이언트 기계의 자격으로서 동작할 수도 있거나, 또는 피어 투 피어(peer-to-peer)(또는 분산형) 네트워크 환경에서 피어 기계(peer machine)로서 동작할 수 있다. 기계는 퍼스널 컴퓨터(personal computer; PC), 태블릿 PC, 셋탑 박스(set-top box; STB), 개인 휴대형 정보 단말(Personal Digital Assistant; PDA), 셀룰러 전화, 웹 어플라이언스, 서버, 네트워크 라우터, 스위치 또는 브리지, 또는 그 기계에 의해 취해질 액션들을 명시하는 명령들의 세트(순차적 또는 기타)를 실행할 수 있는 임의의 기계일 수 있다. 게다가, 단일의 기계만이 예시되지만, 용어 "기계"는, 본원에서 설명되는 방법론들 중 임의의 하나 이상의 방법론들을 수행하기 위한 명령들의 세트(또는 다수의 세트들)를 개별적으로 또는 공동으로 실행하는 기계들(예를 들면, 컴퓨터들)의 임의의 집합을 포함하도록 또한 간주되어야 한다.
예시적인 컴퓨터 시스템(400)은 프로세서(402), 메인 메모리(404)(예를 들면, 판독 전용 메모리(read-only memory; ROM), 플래시 메모리, 동적 랜덤 액세스 메모리(dynamic random access memory; DRAM), 이를테면 동기식 DRAM(synchronous DRAM; SDRAM) 또는 램버스 DRAM(Rambus DRAM; RDRAM) 등), 정적 메모리(406)(예를 들면, 플래시 메모리, 정적 랜덤 액세스 메모리(static random access memory; SRAM), MRAM 등), 및 보조 메모리(418)(예를 들면, 데이터 스토리지 디바이스)를 포함하는데, 이들은 버스(430)를 통해 서로 통신한다.
프로세서(402)는 마이크로프로세서, 중앙 프로세싱 유닛 등과 같은 하나 이상의 범용 프로세싱 디바이스들을 나타낸다. 더욱 상세하게는, 프로세서(402)는 복합 명령 세트 컴퓨팅(complex instruction set computing; CISC) 마이크로프로세서, 축약형 명령 세트 컴퓨팅(reduced instruction set computing; RISC) 마이크로프로세서, 아주 긴 명령 워드(very long instruction word; VLIW) 마이크로프로세서, 또는 다른 명령 세트들을 구현하는 프로세서, 또는 명령 세트들의 조합을 구현하는 프로세서들일 수 있다. 프로세서(402)는, 또한, 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit; ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array; FPGA), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor; DSP), 네트워크 프로세서, 또는 등등과 같은 하나 이상의 특수 목적 프로세싱 디바이스들일 수 있다. 프로세서(402)는 본원에서 설명되는 동작들을 수행하기 위해 프로세싱 로직(426)을 실행하도록 구성된다.
컴퓨터 시스템(400)은 네트워크 인터페이스 디바이스(408)를 더 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(400)은 비디오 디스플레이 유닛(410)(예를 들면, 액정 디스플레이(liquid crystal display; LCD), 발광 다이오드 디스플레이(light emitting diode display; LED), 또는 음극선관(cathode ray tube; CRT)), 영숫자 입력 디바이스(412)(예를 들면, 키보드), 커서 제어 디바이스(414)(예를 들면, 마우스), 및 신호 생성 디바이스(416)(예를 들면, 스피커)를 또한 포함할 수 있다.
보조 메모리(418)는 본원에서 설명되는 방법론들 또는 기능들 중 임의의 하나 이상을 구체화하는 명령들(예를 들면, 소프트웨어(422))의 하나 이상의 세트들이 저장되는 기계 액세스 가능 저장 매체(또는 더 구체적으로는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체)(432)를 포함할 수 있다. 소프트웨어(422)는 또한, 컴퓨터 시스템(400)에 의한 그들의 실행 동안 메인 메모리(404) 내에서 및/또는 프로세서(402) 내에서, 완전히 또는 적어도 부분적으로, 상주할 수 있는데, 메인 메모리(404) 및 프로세서(402)도 또한 기계 판독 가능 저장 매체들을 구성한다. 소프트웨어(422)는 네트워크 인터페이스 디바이스(408)를 통해 네트워크(420)를 통해 추가로 송신되거나 또는 수신될 수 있다.
기계 액세스 가능 저장 매체(432)가 예시적인 실시예에서 단일의 매체로서 나타내어지지만, 용어 "기계 판독 가능 저장 매체"는, 명령들의 하나 이상의 세트들을 저장하는 단일의 매체 또는 다수의 매체들(예를 들면, 중앙 집중식 또는 분산형 데이터베이스, 및/또는 연관된 캐시들 및 서버들)을 포함하는 것으로 간주되어야 한다. 용어 "기계 판독 가능 저장 매체"는, 기계에 의한 실행을 위해 명령들의 세트를 저장 또는 인코딩할 수 있는 그리고 기계로 하여금 본 개시내용의 방법론들 중 임의의 하나 이상의 방법론들을 수행하게 하는 임의의 매체를 포함하는 것으로 또한 간주되어야 한다. 따라서, 용어 "기계 판독 가능 저장 매체"는 솔리드 스테이트 메모리들, 및 광학 및 자기 매체들을 포함하는 것(그러나 이들로 제한되지는 않음)으로 간주되어야 한다.
따라서, 수소 라디칼 전처리를 통한 향상된 산화가 개시되었다.

Claims (20)

  1. 기판을 산화시키는 방법으로서,
    프로세싱 챔버의 프로세싱 볼륨에 기판을 포지셔닝하는 단계;
    상기 프로세싱 챔버에 유체 결합(fluidly couple)되는 원격 플라즈마 소스를 사용하여 수소 라디칼들을 생성하는 단계;
    상기 기판의 표면을 상기 생성된 수소 라디칼들에 노출시키는 단계; 및
    상기 기판을 상기 생성된 수소 라디칼들에 노출시키는 것에 후속하여, 상기 기판의 표면을 산화시켜 상기 기판의 표면 상에 산화물 층을 형성하는 단계를 포함하는, 기판을 산화시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘을 포함하고, 상기 산화물 층은 실리콘 산화물을 포함하는, 기판을 산화시키는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 상기 생성된 수소 라디칼들에 노출시키는 단계는 1초 내지 5분 범위 내의 지속 기간 동안 수행되는, 기판을 산화시키는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 상기 생성된 수소 라디칼들에 노출시키는 단계는 섭씨 25도 내지 섭씨 700도 범위 내의 온도에서 수행되는, 기판을 산화시키는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 상기 생성된 수소 라디칼들에 노출시키는 단계는 수소(H2)의 가스 흐름을 사용하여 수행되며, 상기 가스 흐름에서 H2의 총 범위는 1% 내지 100%인, 기판을 산화시키는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 상기 생성된 수소 라디칼들에 노출시키는 단계는 0.01 Torr 내지 20 Torr 범위 내의 압력에서 수행되는, 기판을 산화시키는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 산화시키는 단계는 1초 내지 20분 범위 내의 지속 기간 동안 수행되는, 기판을 산화시키는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 산화시키는 단계는 섭씨 25도 내지 섭씨 1200도 범위 내의 온도에서 수행되는, 기판을 산화시키는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 산화시키는 단계는 수증기(H2O) 또는 산소(O2), 또는 다른 산화 소스의 가스 흐름을 사용하여 수행되며, 상기 흐름에서 산화 소스의 총 범위는 1% 내지 100%인, 기판을 산화시키는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 산화시키는 단계는 0.1 Torr 내지 800 Torr 범위 내의 압력에서 수행되는, 기판을 산화시키는 방법.
  11. 기판을 산화시키는 방법을 수행하기 위한 프로세싱 챔버로서,
    상기 방법은:
    프로세싱 챔버의 프로세싱 볼륨에 기판을 포지셔닝하는 단계;
    상기 프로세싱 챔버에 유체 결합되는 원격 플라즈마 소스를 사용하여 수소 라디칼들을 생성하는 단계;
    상기 기판의 표면을 상기 생성된 수소 라디칼들에 노출시키는 단계; 및
    상기 기판을 상기 생성된 수소 라디칼들에 노출시키는 것에 후속하여, 상기 기판의 표면을 산화시켜 상기 기판의 표면 상에 산화물 층을 형성하는 단계를 포함하는, 기판을 산화시키는 방법을 수행하기 위한 프로세싱 챔버.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘을 포함하고, 상기 산화물 층은 실리콘 산화물을 포함하는, 기판을 산화시키는 방법을 수행하기 위한 프로세싱 챔버.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 상기 생성된 수소 라디칼들에 노출시키는 단계는 1초 내지 5분 범위 내의 지속 기간 동안 수행되는, 기판을 산화시키는 방법을 수행하기 위한 프로세싱 챔버.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 상기 생성된 수소 라디칼들에 노출시키는 단계는 섭씨 25도 내지 섭씨 700도 범위 내의 온도에서 수행되는, 기판을 산화시키는 방법을 수행하기 위한 프로세싱 챔버.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 상기 생성된 수소 라디칼들에 노출시키는 단계는 수소(H2)의 가스 흐름을 사용하여 수행되며, 상기 가스 흐름에서 H2의 총 범위는 1% 내지 100%인, 기판을 산화시키는 방법을 수행하기 위한 프로세싱 챔버.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 상기 생성된 수소 라디칼들에 노출시키는 단계는 0.01 Torr 내지 20 Torr 범위 내의 압력에서 수행되는, 기판을 산화시키는 방법을 수행하기 위한 프로세싱 챔버.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 산화시키는 단계는 1초 내지 20분 범위 내의 지속 기간 동안 수행되는, 기판을 산화시키는 방법을 수행하기 위한 프로세싱 챔버.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 산화시키는 단계는 섭씨 25도 내지 섭씨 1200도 범위 내의 온도에서 수행되는, 기판을 산화시키는 방법을 수행하기 위한 프로세싱 챔버.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 산화시키는 단계는 수증기(H2O) 또는 산소(O2), 또는 다른 산화 소스의 가스 흐름을 사용하여 수행되며, 상기 흐름에서 산화 소스의 총 범위는 1% 내지 100%인, 기판을 산화시키는 방법을 수행하기 위한 프로세싱 챔버.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 기판의 표면을 산화시키는 단계는 0.1 Torr 내지 800 Torr 범위 내의 압력에서 수행되는, 기판을 산화시키는 방법을 수행하기 위한 프로세싱 챔버.
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