KR20240069416A - 기판 처리 장치의 챔버 내부 표면의 보호막 형성 방법 - Google Patents

기판 처리 장치의 챔버 내부 표면의 보호막 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 관점에 의하면, 실리콘 질화막을 식각하는 공정이 수행되는 챔버를 포함하는 기판 처리 장치의 챔버 내부 표면의 보호막 형성 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 챔버 내부 표면의 보호막 형성 방법은, (a) 상기 챔버 내부로 전구체 가스를 투입하는 단계; 및 (b) 상기 전구체 가스를 이용한 플라즈마 화학기상증착법으로 상기 챔버 내부 표면의 적어도 일부 영역에 실리콘 질화막을 보호막으로 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 상기 전구체 가스는 N2 가스 및 SiH4 가스를 포함한다

Description

기판 처리 장치의 챔버 내부 표면의 보호막 형성 방법{Method of forming a passivation coating on the inner surface of a chamber of a substrate processing apparatus}
본 발명의 기술적 사상은 반도체 소자 제조용 기판 처리 장치의 챔버 내부 표면를 보호막(passivation coating)으로 형성하는 방법에 대한 것으로서, 보다 실리콘 질화막을 식각하는 공정이 수행되는 기판 처리 장치의 챔버 내부 표면에 내식각성이 우수한 실리콘 질화막을 보호막으로 형성하는 방법에 대한 것이다.
반도체 제조 공정 중 식각 공정(etching process)은 식각 가스를 플라즈마화한 후 이를 이용하여 반도체 소자의 제조에 사용되는 기판의 특정 영역을 물리적 및 화학적으로 제거하는 공정이다. 일반적으로 식각 공정을 수행하는 기판 처리 장치는 진공 분위기가 가능한 밀폐 공간을 가지는 챔버를 포함한다. 이러한 식각 공정이 수행되는 챔버는 밀폐 가능한 공간 내에 기판이 장착되는 척, 식각 가스를 플라즈마화 하기 위해 필요한 전극 및 식각 가스를 균일하게 공급하기 위한 샤워 헤드(shower head) 등 여러 가지 내부 구조물이 형성되어 있다. 식각 공정이 수행되는 동안, 챔버 내에서는 기판 표면 이외에 챔버 내벽 혹은 내부 구조물의 표면에서도 식각이 일어날 수 있다. 챔버 내부의 내벽이나 내부 구조물 표면에서의 식각은 제어의 대상이 아니므로 불균일하게 수행될 수 있다. 예를 들어, 기판의 일면에 형성된 실리콘 질화막을 시각하기 위하여 반응성이 강한 불화계 가스를 플라즈마화하여 식각 가스로 사용하는 경우, 식각 과정 중에 플라즈마에 의해서 챔버 내벽 혹은 내부 구조물에 대해서 과도하게 비정상적인 식각이 일어날 수 있다. 이러한 과정 중에 의도치 않게 챔버 내벽 혹은 내부 구조물로부터 불순물 입자가 형성되어 기판 표면에 될 수 있다. 이러한 불순물 입자는 반도체 소자의 생산 수율에 악영향을 미치는 요소로서 반드시 방지되어야 한다.
반도체 제조 공정 중 성막 공정(deposition process)은 전구체 가스들 간의 화학 반응을 이용하여 기판 상에 일정 두께의 막을 형성하는 공정이다. 상기 성막 공정도 전구체 가스를 플라즈마화 하여 반응을 촉진하는 방법이 널리 사용되고 있다. 성막 공정과 식각 공정이 모두 플라즈마를 사용하는 경우, 동일한 챔버 내에서 성막 공정과 식각 공정이 반복하여 교호적으로 수행될 수 있다.
예를 들어 기판 상에 특정한 구조물을 형성하기 위하여 전구체 가스 플라즈마를 이용하여 제 1 두께만큼 실리콘 질화막을 성막한 후 이어서 식각 가스 플라즈마를 이용하여 성막된 실리콘 질화막을 제 2 두께만큼 식각해내는 단계가 하나의 주기로 반복하여 수행될 수 있다. 이러한 공정에서는 성막 단계와 식각 단계가 단 시간 내에 반복적으로 수행되며 따라서 챔버 내벽이나 내부 구조물 표면에서의 성막이 불안정하게 수행된 후 식각 공정도 불안정하게 수행된다. 따라서 이러한 불안정한 성막 공정 및 식각 공정이 단 시간 내에 다수 반복되므로 챔버 내벽이나 내부 구조물 표면으로부터의 불순물 입자 형성 가능성이 더욱 증가하게 된다. 상술한 바와 같이 이러한 불순물 입자는 반도체 소자의 수율 향상에 치명적인 악영향을 주므로 반드시 방지해야 할 문제이다.
일본특허출원번호 제2016-138213호
본 발명은 기판의 일면 상에 형성된 실리콘 질화막(Si3N4)이 식각하거나, 기판의 일면 상에 실리콘 질화막을 성막 공정 및 식각 공정을 교호적으로 반복 수행되는 기판 처리 장치의 챔버 내부 표면으로부터 유래하는 불순물 입자가 기판으로 유입되는 것을 방지하기 위한 방법의 제공을 기술적 과제로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 실리콘 질화막을 식각하는 공정이 수행되는 챔버를 포함하는 기판 처리 장치의 챔버 내부 표면의 보호막 형성 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 챔버 내부 표면의 보호막 형성 방법은, (a) 상기 챔버 내부로 전구체 가스를 투입하는 단계; 및 (b) 상기 전구체 가스를 이용한 플라즈마 화학기상증착법으로 상기 챔버 내부 표면의 적어도 일부 영역에 실리콘 질화막을 보호막으로 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 상기 전구체 가스는 N2 가스 및 SiH4 가스를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (b) 단계 이후에, 일면 상에 실리콘 질화막이 형성된 기판을 상기 챔버 내부로 투입하는 단계; 및 상기 기판에 형성된 실리콘 질화막을 식각 가스의 플라즈마를 이용하여 식각하는 단계;가 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 식각 가스로 NF3 가스 및 NH3 가스를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판을 상기 챔버 내부로 투입하는 단계;와, 상기 기판의 일면 상에 실리콘 질화막을 플라즈마 화학기상증착법에 의해 제 1 두께만큼 성막하는 단계 및 상기 제 1 두께로 성막된 실리콘 질화막을 식각 가스의 플라즈마를 이용하여 제 2 두께만큼 식각하는 단계를 하나의 주기로 하여 1회 이상 수행하는 단계;가 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 두께만큼 성막하는 단계는, 전구체 가스로 SiH4 가스 및 NH3 가스를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 2 두께만큼 식각하는 단계는, 상기 식각 가스로 NF3 가스 및 NH3 가스를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 기판 처리 방법은, 기판 처리 장치의 챔버 내로 기판을 투입하기 전에 챔버 내부 표면을 보호막으로 도포하는 단계; 상기 보호막을 도포한 후 기판을 상기 챔버 내부로 투입하는 단계; 및 상기 기판을 처리하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 보호막은 N2 가스 및 SiH4 가스를 포함하는 전구체 가스를 이용한 플라즈마 화학기상증착법으로 형성한 실리콘 질화막일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 기판 처리 장치 챔버 내부 표면의 보호막을 내식각성이 우수한 N2 가스를 전구체로 사용하는 실리콘 질화막으로 형성함으로서, 보호막 형성 이후 식각 공정을 포함하는 기판 처리 공정 중에 챔버 내부 표면으로부터 유래되는 불순물 입자의 발생을 억제하여 불순물 입자가 기판에 유입되어 불량율을 높이는 문제를 해결할 수 있다. 상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 식각 공정 및 성막 공정이 모두 가능한 기판 처리 장치를 예시적으로 제시한 것이다.
도 2는 예시적으로 도 1에 도시된 기판 처리 장치의 챔버 내부 표면을 실리콘 질화막으로 도포한 결과를 도시한 것이다.
도 3은 예시적으로 챔버 내부 표면 보호막이 형성된 챔버(101)의 내부로 반도체 소자 제조용 기판(W)이 투입되어 척에 안착된 후 기판 처리 공정이 수행되는 것을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
도 1은 식각 공정 및 성막 공정이 모두 가능한 기판 처리 장치를 예시적으로 제시한 것이다. 도 1을 참조하면, 상기 기판 처리 장치(100)는 내부에 밀폐 공간을 제공하는 챔버(101), 챔버의 하부에 기판(W)이 장착되는 척(chuck, 102), 상기 챔버(101)의 상부에 형성된 가스 투입구(103)를 통해 챔버(101) 내부로 가스를 공급하는 가스공급시스템(104), 챔버(101) 내부로 공급된 가스(G)를 기판(W)으로 균일하게 분배하여 공급하는 샤워헤드(105), 챔버(101) 내부로 공급된 가스를 플라즈마(plasma)화하기 위하여 전력을 공급하는 전력공급부(106)를 포함한다.
챔버(101)는 성막 공정 혹은 식각 공정과 같은 기판 처리 공정이 가능한 공간으로서, 진공펌프(미도시)와 연결되어 내부의 밀폐 공간을 진공분위기로 만들 수 있다.
척(102)은 처리 대상이 되는 기판(W)이 수용되어 장착될 수 있는 것으로서, 예를 들어 유전체 및 그 하부에 금속전극을 구비하고, 금속전극에 전압이 인가된 경우 발생되는 정전기력을 이용하여 기판(W)을 고정시키는 정전 척(eletrostatic chuck)일 수 있다.
가스공급시스템(104)는 챔버(101) 내로 성막 공정에 필요한 전구체 가스를 공급하거나 혹은 식각 공정에 필요한 식각 가스를 공급하기위한 시스템으로서 가스 저장부(S)와 가스 저장부(S)로 가스를 챔버(101)로 이송하기위한 이송라인(L) 및 가스의 이송을 개폐할 수 있는 밸브(V)를 포함한다.
샤위헤드(105)는 가스공급시스템(104)로부터 가스 투입구(103)를 통해 챔버(101)로 투입된 가스가 기판(W) 상에 균일하게 공급되게 하기 위하여 가스가 통과할 수 있는 다수의 홀이 형성된 구조물로서 기판(W) 상부에 배치된다.
전력공급부(106)는 그 일단이 척(102)과 연결되며 그 타단은 접지된 샤워헤드(105)와 연결된 구조를 가질 수 있으며, 챔버(101)에 투입된 가스를 플라즈마 하기 위하여 전력을 투입할 수 있다. 상기 투입되는 전력은 예를 들어, RF 전력일 수 있다.
기판(W)는 반도체 소자가 형성되는 판상 소재로서, 대표적으로 실리콘 웨이퍼(silicon wafer), 화합물 반도체 웨이퍼 등을 포함할 수 있다.
기판 처리 장치(100)을 이용하여 기판(W) 상에 소정의 두께로 형성된 실리콘 질화막의 적어도 일부 영역에 대한 식각 공정이 수행될 수 있다. 예를 들어, 일면 상에 실리콘 질화막이 형성된 기판(W)이 기판 처리 장치(100)로 투입되어 척(102)에 안착된다. 다음, 가스공급시스템(104)로부터 가스투입구(103)을 통해 NF3 가스를 포함하는 식각 가스를 챔버(101) 내부로 투입한 후 전력공급부(106)로부터 전력을 인가하여 투입된 식각 가스를 플라즈마화한다. 플라즈마화된 식각 가스를 이용하여 기판(W) 상에 기판(W) 상에 형성된 실리콘 질화막의 적어도 일부 영역을 식각하게 된다.
다른 예로서, 기판(W)의 일면 상에 실리콘 질화막의 성막 단계 및 식각 단계를 반복적으로 수행하는 공정이 수행될 수 있다. 예를 들어, 가스공급시스템(104)로부터 전구체 가스를 챔버(101) 내부로 투입하고 플라즈마화 한 후, 플라즈마를 이용한 화학기상증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition)으로 척(102)에 안착된 기판(W) 상에 실리콘 질화막을 성막할 수 있다. 상기 전구체 가스는 SiH4 가스, NH3 가스 및 He 가스를 포함할 수 있다. 다른 예로서, SiH4 가스, NH3 가스 및 N2 가스를 포함할 수 있다.
이러한 성막 단계가 완료된 후 성막 공정에 사용된 전구체 가스의 투입을 중단하고 식각 가스를 투입하고 플라즈마화하여 상기 성막 단계에서 성막된 실리콘 질화막을 식각하는 단계가 수행될 수 있다. 상기 식각 가스는 NF3 가스를 포함할 수 있으며, 예를 들어, NF3 가스, NH3 및 Ar 가스를 식각 가스로 투입할 수 있다.
상기 성막 단계에서는 실리콘 질화막이 제 1 두께만큼 성막되고, 상기 식각 단계에서는 제 2 두께만큼 식각될 수 있다. 이때 상기 제 1 두께와 제 2 두께는 서로 같은 두께이거나 혹은 다른 두께일 수 있다. 예를 들어 상기 제 1 두께는 100 내지 500 Å 범위를 가질 수 있고, 상기 제 2 두께는 두께는 100 내지 500 Å 범위를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 기판 처리 장치(100) 내에서 식각 공정을 수행됨에 따라 챔버 내부 표면으로부터 유래된 불순물 입자가 기판(W) 상에 유입됨에 따라 기판(W)에 형성된 반도체 소자의 불량을 초래하게 된다. 특히, 챔버(101) 내에서 성막 단계와 식각 단계가 교호적으로 반복적으로 수행되는 경우에는 이러한 불순물 입자에 의한 악영향이 더욱 커지게 된다.
이러한 불순물 입자에 의한 악영향을 해결하기 위한 본 발명의 기술사상에 의하면, 기판 처리 장치 내에서 식각 공정을 수행되기 전에 기판 처리 장치의 챔버 내부 표면의 적어도 일부를 실리콘 질화막으로 도포하는 단계가 먼저 수행된다. 상기 챔버 내부 표면은 챔버의 내벽 및 챔버 내부에 설치된 내부 구조물의 표면을 모두 포함하는 것으로 정의한다.
도 2는 예시적으로 도 1에 도시된 기판 처리 장치(100)의 챔버 내부 표면을 실리콘 질화막으로 도포한 결과를 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 챔버(101) 내부에 기판(W)을 투입하기 전, 챔버 내벽과, 내부 구조물인 샤워헤드(105)의 표면과 척(102)의 표면에 실리콘 질화막(110)이 형성한다.
상기 처리 기판 장치(100)의 챔버 내부 표면에 도포된 실리콘 질화막(110)은 이후 챔버 내부에서 수행되는 식각 공정에서 플라즈마화된 식각 가스로부터 챔버 내부 표면을 보호함으로서 상기 플라마화된 식각 가스에 의해 챔버 내부 표면이 공격을 받아 불순물 입자가 생성되는 것을 방지하는 보호막 역할을 수행한다. 본 명세서에서는 상기 챔버 내부 표면에 도포되는 실리콘 질화막(110)을 챔버 내부 표면 보호막(passivation coating)으로 지칭한다.
본 발명의 기술사상에 의하면, 상기 챔버 내부 표면 보호막으로 사용되는 실리콘 질화막은 SiH4 가스 및 N2 가스를 전구체 가스로 하는 플라즈마 화학기상증착법(Plasma enhanced chemical vapor deposition)에 의해 형성된 것이다.
실리콘 질화막으로 챔버 내부 표면 보호막을 형성한 후 챔버 내부로 기판이 투입되고 이후 반도체 소자를 제조하기 위하여 기판 처리 공정이 진행된다. 도 3은 예시적으로 챔버 내부 표면 보호막(110)이 형성된 챔버(101)의 내부로 반도체 소자 제조용 기판(W)이 투입되어 척(102)에 안착된 후 기판 처리 공정이 수행되는 것을 나타낸 것이다.
상기 보호막으로 형성된 실리콘 질화막의 두께는 50 내지 500 nm 범위, 바람직하게는 50 내지 200 nm 범위를 가질 수 있다.
두께가 50 nm 미만인 경우, 두께가 얇아 보호막으로서의 기능을 수행하기 못할 수 있다. 반면, 두께가 500 nm를 초과하여 너무 두꺼울 경우, 성막에 소요되는 시간이 너무 길고 실리콘 질화막 내 내부응력이 커져 추후 챔버 내로 박리될 가능성이 있다.
챔버 내부 표면 보호막용 실리콘 질화막 제조시, 챔버(101) 내부로 투입되는 SiH4 가스의 유량은 20 내지 40 sccm 범위를 가질 수 있다. 또한 챔버(101) 투입되는 N2 가스의 유량은 500 내지 2000 sccm 범위를 가질 수 있다. 이때 상기 SiH4 가스의 유량을 N2 가스의 유량으로 나눈 유량비는 0.01 내지 0.08의 범위, 바람직하게는 0.02 내지 0.04 범위를 가질 수 있다.
상기 유량비가 0.01 미만인 경우에는 Si 공급량이 부족하여 정상적인 실리콘 질화막 형성이 어려울 수 있으며, 0.08을 초과할 경우에는 성막된 실리콘 질화막 두께의 산포가 지나치게 불균일해질 수 있다.
챔버 내부 표면 보호막용 실리콘 질화막 제조시, 챔버 내에서 플라즈마를 형성하기 위하여 전력공급부(106)을 통해 RF 전력이 투입될 수 있으며, 이때 투입되는 RF 전력은 100 내지 500 W의 범위, 바람직하게는 100 내지 300 W의 범위를 가질 수 있다.
RF 전력이 100 W 미만일 경우에는 실리콘 질화막의 성막속도가 낮아 목적하는 두께의 실리콘 질화막을 형성하는데 소요되는 시간이 길어져 시간당 생산량이 낮아지는 문제가 있다. 500 W를 초과할 경우에는 성막속도는 증가되나 과도한 반응으로 불순물 입자가 발생할 가능성 있다.
챔버 내부 표면 보호막용 실리콘 질화막 제조시, 플라즈마 화학기상증착법에 의해 실리콘 질화막이 수행되는 동안, 챔버의 압력은 100 내지 500 mTorr 범위, 바람직하게는 100 내지 300 mTorr를 가질 수 있다.
100 mTorr 미만일 경우 실리콘 질화막의 성막속도가 낮아 목적하는 두께의 실리콘 질화막을 형성하는데 소요되는 시간이 길어질 수 있다. 500 mTorr를 초과할 경우, 경우에는 성막속도는 증가되나 성막된 실리콘 질화막 두께의 산포가 지나치게 불균일해지거나 불순물 입자가 발생할 수 있다.
기판(W)이 투입된 후 수행되는 기판 처리 공정은, 예를 들어, 기판의 일면 상에 형성된 실리콘 질화막을 NF3를 포함하는 식각 가스를 플라즈마화 하여 식각하는 공정 일 수 있다.
다른 예로서, 상기 기판 처리 공정은 기판의 일면 상에 실리콘 질화막을 성막하는 공정 및 상기 성막된 질화막을 다시 식각하는 공정이 교호적으로 다수 반복되는 것일 수 있다. 일예로서, 성막 공정은 SiH4 가스 및 NH3 가스를 전구체 가스로 하여 플라즈마 화학기상증착법으로 실리콘 질화막을 성막하는 공정이고, 식각 공정은 상기 성막 공정에서 성막된 실리콘 질화막을 NF3를 포함하는 식각가스를 플라즈마화 하여 식각하는 공정일 수 있다.
본 발명의 기술사상에 따라 챔버 내부 표면 보호막으로 제조된 실리콘 질화막은 질소 성분의 공급을 위한 전구체로서 N2 가스만을 사용한다. 질소의 전구체 가스로부터 N2 가스만을 사용하여 형성한 실리콘 질화막은 NH3 가스를 전구체 가스로 사용하여 형성한 실리콘 질화막에 비해 식각에 대한 저항성이 더 높다. 따라서 챔버 내부 표면 보호막 도포 이후 수행되는 실리콘 질화막 식각 단계에서 플라즈마화 된 식각 가스의 공격에 의해 챔버 내부 표면으로부터 불순물 입자가 발생되는 가능성이 현저하게 감소된다.
실리콘 질화막을 형성시 전구체 가스로 NH3 가스를 사용할 경우, NH3 가스는 플라즈마 생성시 분해되면서 수소(H)를 방출한다. 방출된 수소는 실리콘 질화막 형성을 위해 같이 투입된 SiH4가 분해된 SiHn 및 N 라디칼(radical)과 반응하여 기판 상의 일부 영역에 수소가 포함된 SixNyHz 층이 형성될 수 있다. 성막된 실리콘 질화막 내에 존재하는 SixNyHz 층은 일종의 결함에 해당되므로, SixNyHz 층이 많을 수록 성막된 실리콘 질화막의 밀도가 감소하는 등 막질이 떨어지게 된다.
따라서 이러한 수소를 포함하지 않는 N2 가스만을 질소 공급용 전구체 가스로 사용하는 경우에는 이러한 SixNyHz 층 의한 실리콘 질화막의 특성 열화가 나타나지 않게 된다. 이러한 이유로 인하여 본 발명의 기술사상에 따라 제조된 실리콘 질화막을 챔버 내부 표면 보호막으로 사용하는 경우, NH3 가스를 사용하여 형성한 실리콘 질화막에 비해 더 높은 내식각성으로 인하여 더 우수한 보호 특성을 나타내며, 결과적으로 더 낮은 불순물 입자 발생 확률을 나타내게 된다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위한 실험결과를 제시한다. 이러한 실험결과는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시적인 것으로 본 발명이 이에 한정되지 않은 것은 물론이다.
본 발명의 기술사상을 따르는 발명예에 해당되는 실리콘 질화막과 이와 비교예에 해당되는 실리콘 질화막을 형성하여 특성을 비교하였다. 실리콘 질화막은 도 1에 도시된 기판 처리 장치를 이용하여 형성하였다. 실시예 및 비교예는 실리콘 웨이퍼를 기판으로 사용하여 플라즈마 화학기상증착법법으로 성막하였다. 표 1에는 실시예 및 비교예 해당되는 실리콘 질화막의 제조 조건이 도시되어 있다.
구분 N2
(sccm)		 He
(sccm)		 NH3
(sccm)		 SiH4
(sccm)		 공정압력
(mTorr)		 전력
(W)		 척 온도
(℃)
발명예 850 0 0 28 200 100 90
비교예 1 850 0 60 28 200 100 90
비교예 2 0 300 60 28 200 100 90
표 1을 참조하면, 발명예는 전구체 가스로 N2 가스와 SiH4 가스를 사용하였다. 비교예 1은 전구체 가스로 N2 가스, NH3 가스 및 SiH4 가스를 사용하였으며, 비교예 2는 He 가스, NH3 가스 및 SiH4 가스를 사용하였다. 기판 처리 장치 내에서 실리콘 질화막의 성막이 수행되는 동안 챔버 내 공정압력은 모두 200mTorr로 유지하였으며, 플라즈마를 형성하기 위하여 투입된 전력은 100W로 하였다. 성막 공정이 수행되는 동안 동안 실리콘 웨이퍼가 안착된 척의 온도는 90℃로 유지하였다.
표 2에는 발명예 및 비교예에 따른 실리콘 질화막의 특성이 나타나 있다.
구분 성막 속도(Å/초) DRR 식각 속도(Å/초) ERR
발명예 9.9 1.8 0.5 0.3
비교예 1 5.5 1 1.5 1
비교예 2 6.9 1.3 1.4 0.9
표 2를 참조하면, 발명예에 해당되는 실리콘 질화막의 성막 속도가 가장 큰 것을 알 수 있다. 표 2의 DRR은 비교예 1의 성막 속도로 다른 조건의 성막 속도를 나눈 값이다. 표 2를 참조하면, 발명예의 경우엔 비교예 1에 비해 성막 속도가 1.8배 큰 값을 나타내었다.
발명예 및 비교예의 실리콘 질화막을 표 3의 식각 조건을 식각한 후 식각 속도를 측정하여 이를 표 2에 나타내었다.
구분 Ar
(sccm)		 NF3
(sccm)		 NH3
(sccm)		 공정압력
(mTorr)		 전력
(W)		 척 온도
(℃)
식각 공정 500 30 40 30 150 90
표 2를 참조하면, 발명예에 해당되는 실리콘 질화막의 식각 속도가 가장 작은 것을 알 수 있다. 표 2의 ERR은 비교예 1의 식각 속도로 다른 조건의 식각 속도를 나눈 값이다. 표 2를 참조하면, 발명예의 경우엔 비교예 1에 비해 식각 속도가 0.3에 불과한 낮은 값을 나타내었다.
따라서 발명예에 따라 제조된 실리콘 질화막을 챔버 내부 표면의 보호막으로 사용할 경우에 비교예에 따라 제조된 실리콘 질화막을 사용한 경우에 비해 더 우수한 보호 특성을 나타낼 것을 예상할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 기판 처리 장치
101: 챔버
102: 척
103: 가스 투입구
104: 가스공급시스템
105: 샤워헤드
106: 전력공급부
W: 기판

Claims (12)

  1. 실리콘 질화막을 식각하는 공정이 수행되는 챔버를 포함하는 기판 처리 장치의 챔버 내부 표면의 보호막 형성 방법으로서,
    (a) 상기 챔버 내부로 전구체 가스를 투입하는 단계; 및
    (b) 상기 전구체 가스를 이용한 플라즈마 화학기상증착법으로 상기 챔버 내부 표면의 적어도 일부 영역에 실리콘 질화막을 보호막으로 형성하는 단계;를 포함하되,
    상기 전구체 가스는 N2 가스 및 SiH4 가스를 포함하는,
    기판 처리 장치의 챔버 내부 표면의 보호막 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계 이후에,
    일면 상에 실리콘 질화막이 형성된 기판을 상기 챔버 내부로 투입하는 단계; 및
    상기 기판의 일면 상에 형성된 실리콘 질화막을 식각 가스의 플라즈마를 이용하여 식각하는 단계;가 수행되는,
    기판 처리 장치의 챔버 내부 표면의 보호막 형성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 식각 가스로 NF3 가스 및 NH3 가스를 포함하는,
    기판 처리 장치의 챔버 내부 표면의 보호막 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계 이후에,
    기판을 상기 챔버 내부로 투입하는 단계; 및
    상기 기판의 일면 상에 실리콘 질화막을 플라즈마 화학기상증착법에 의해 제 1 두께만큼 성막하는 단계 및 상기 제 1 두께로 성막된 실리콘 질화막을 식각 가스의 플라즈마를 이용하여 제 2 두께만큼 식각하는 단계를 하나의 주기로 하여 1회 이상 수행하는 단계;가 수행되는,
    기판 처리 장치의 챔버 내부 표면의 보호막 형성 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 두께만큼 성막하는 단계는, 전구체 가스로 SiH4 가스 및 NH3 가스를 포함하는,
    기판 처리 장치의 챔버 내부 표면의 보호막 형성 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 두께만큼 식각하는 단계는, 상기 식각 가스로 NF3 가스 및 NH3 가스를 포함하는,
    기판 처리 장치의 챔버 내부 표면의 보호막 형성 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호막으로 형성된 실리콘 질화막의 두께는 50 내지 500 nm 범위를 가지는,
    기판 처리 장치의 챔버 내부 표면의 보호막 형성 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 SiH4 가스의 유량을 상기 N2 가스의 유량으로 나눈 값이 0.01 내지 0.08 범위를 가지는,
    기판 처리 장치의 챔버 내부 표면의 보호막 형성 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 챔버 내부 압력은 100 내지 500 mTorr 범위로 유지하는 단계를 포함하는,
    기판 처리 장치의 챔버 내부 표면의 보호막 형성 방법.
  10. 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법으로서,
    기판 처리 장치의 챔버 내로 기판을 투입하기 전에 챔버 내부 표면을 보호막으로 도포하는 단계;
    상기 보호막을 도포한 후 기판을 상기 챔버 내부로 투입하는 단계; 및
    상기 기판을 처리하는 단계;를 포함하되,
    상기 보호막은 N2 가스 및 SiH4 가스를 포함하는 전구체 가스를 이용한 플라즈마 화학기상증착법으로 형성한 실리콘 질화막인,
    기판 처리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판을 처리하는 단계는,
    상기 기판의 일면 상에 형성된 실리콘 질화막을 NF3 가스를 포함하는 식각 가스의 플라즈마를 이용하여 식각하는 단계를 포함하는,
    기판 처리 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판을 처리하는 단계는,
    상기 기판의 일면 상에 실리콘 질화막을 SiH4 가스 및 NH3 가스를 전구체 가스로 사용하는 플라즈마 화학기상증착법에 의해 제 1 두께만큼 성막하는 단계 및 상기 제 1 두께로 성막된 실리콘 질화막을 NF3 가스를 포함하는 식각 가스의 플라즈마를 이용하여 제 2 두께만큼 식각하는 단계를 하나의 주기로 하여 1회 이상 수행하는 단계;을 포함하는,
    기판 처리 방법.
KR1020220150900A 2022-11-11 기판 처리 장치의 챔버 내부 표면의 보호막 형성 방법 KR20240069416A (ko)

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