WO2022216105A1 - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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WO2022216105A1
WO2022216105A1 PCT/KR2022/005103 KR2022005103W WO2022216105A1 WO 2022216105 A1 WO2022216105 A1 WO 2022216105A1 KR 2022005103 W KR2022005103 W KR 2022005103W WO 2022216105 A1 WO2022216105 A1 WO 2022216105A1
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WO
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chamber
substrate
cleaning
gas
growth
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PCT/KR2022/005103
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English (en)
French (fr)
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박경란
박광수
채원욱
최동환
최철영
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주성엔지니어링(주)
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/10—Heating of the reaction chamber or the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere

Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing method and a substrate processing apparatus, and more particularly, to a substrate processing method and a substrate processing apparatus capable of improving thin film quality.
  • a process of manufacturing a semiconductor device includes a growth process by selectively growing an epitaxial layer on a substrate.
  • a pattern film made of an oxide, for example, SiO 2 is formed on a portion of the upper surface of the substrate.
  • the process gas is injected, selective growth in which a thin film is formed in an exposed region of the upper surface of the substrate without a pattern film being formed is performed.
  • a native oxide film may be formed on the upper surface of the substrate while the substrate is moved or waiting for the growth process to be performed. That is, a natural oxide layer may be formed in an exposed region of the upper surface of the substrate where the pattern layer is not formed.
  • impurities may be deposited on the pattern layer during a growth process of injecting a process gas to the substrate.
  • the natural oxide film and impurities as described above act as factors hindering selective growth. Accordingly, a thin film having a target thickness may not be formed or the thickness uniformity of the thin film may be deteriorated, which may deteriorate the performance of the semiconductor device.
  • Patent Document 1 Korean Patent 10-1728072
  • the present invention provides a substrate processing method and substrate processing apparatus capable of improving the quality of a thin film.
  • the present invention provides a substrate processing method and a substrate processing apparatus capable of improving a cleaning speed of a substrate.
  • a substrate processing method a preparation step of seating a substrate on a support inside a chamber; a first cleaning step including removing a native oxide film on the substrate by spraying a first cleaning gas into the chamber; a growth step of growing a thin film in a growth region of one surface of the substrate by spraying a process gas into the chamber; and generating an inductively coupled plasma in the chamber in the first cleaning step, wherein the temperature inside the chamber is 300°C to 750°C.
  • the first cleaning step may further include removing by-products generated in the step of removing the native oxide layer by injecting a second cleaning gas different from the first cleaning gas into the chamber.
  • the second cleaning step may include generating an inductively coupled plasma in the chamber.
  • the chamber cleaning step includes: It may include a step of spraying.
  • the cleaning of the chamber may include generating an inductively coupled plasma in the chamber.
  • the intensity of the RF power applied to the plasma generator outside the chamber for generating inductively coupled plasma in the chamber cleaning step may be different from the intensity of the RF power applied in the first and second cleaning steps.
  • the growth step and the second washing step may be alternately performed a plurality of times.
  • a substrate processing apparatus includes a chamber; a support installed inside the chamber to support the substrate; a plasma generating unit installed outside the chamber to generate inductively coupled plasma in the chamber; and a control unit for controlling the operation of the plasma generator so that an inductively coupled plasma can be generated inside the chamber in a first cleaning process of spraying a first cleaning gas into the chamber before a growth process of growing a thin film on the substrate; Including, the temperature inside the chamber may include that of 300 °C to 750 °C.
  • the control unit may control the operation of the plasma generator so that an inductively coupled plasma can be generated inside the chamber in a second cleaning process of injecting a second cleaning gas different from the first cleaning gas into the chamber after the growth process.
  • the control unit may apply any one of the first RF power and the second RF power having different intensities to the plasma generator.
  • a cleaning process of removing the oxide film formed on the growth region of the substrate is performed before the growth process. Accordingly, the selective growth process can be easily performed on the substrate, and the quality of the thin film can be improved.
  • the process gas is sprayed a plurality of times with a time difference to perform a plurality of growth processes, and a cleaning process for removing impurities deposited on the pattern film is performed between the growth processes. Accordingly, the selective growth process can be easily performed during the next growth process, and the quality of the thin film can be improved.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram conceptually illustrating, for example, a substrate to be processed by a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a substrate processing method according to an embodiment of the present invention.
  • 4 to 8 are process diagrams illustrating a substrate processing method according to an embodiment of the present invention.
  • the substrate processing apparatus will be described as an apparatus for selectively growing an epitaxial layer thin film on a substrate.
  • 1 is a diagram illustrating a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a diagram conceptually illustrating, for example, a substrate to be processed by a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a substrate processing apparatus includes a chamber 100 having an internal space, a support 200 installed in the chamber 100 to support a substrate S, and a chamber 100 .
  • the injection unit 300 installed in the chamber 100 to inject gas into the interior, the plasma generation unit 400 and the plasma generation unit located outside the chamber 100 to generate plasma inside the chamber 100 ( It may include a control unit 700 for controlling the operation of the 400).
  • the heating unit 500 installed to face the support 200 , the driving unit 600 for elevating or rotating the support 200 , and gas and impurities in the chamber 100 are exhausted. It may include an exhaust unit (not shown).
  • the substrate S to be processed in such a substrate processing apparatus may be, for example, a wafer. More specifically, the substrate S may be a Si wafer, and as shown in FIG. 2 , a thin film (hereinafter, a pattern film P) made of an oxide such as SiO 2 is formed on the Si wafer.
  • a pattern film P made of an oxide such as SiO 2 is formed on the Si wafer.
  • the substrate S may be in a state in which the pattern layer P made of SiO 2 is discontinuously formed on the upper surface thereof. Accordingly, a portion of the upper surface of the substrate may be covered by the SiO 2 pattern layer P, and the rest may be exposed.
  • the substrate (S) selective growth in which the thin film (L) is grown in the region where the pattern film (P) is not formed on the upper surface is made.
  • the process of selectively growing the thin film L on the substrate S will be described in detail again later.
  • the substrate S is not limited to the Si wafer, and may be variously changed to a Ge wafer, a SiGe wafer, or the like.
  • the substrate S is not limited to a wafer and may be variously changed, such as glass, plastic, film, or metal.
  • the chamber 100 may include a chamber body 110 , an upper body 120 installed on an upper portion of the chamber body 110 , and a lower body 130 installed on a lower portion of the chamber body 110 .
  • the chamber body 110 may have an open tubular shape with upper and lower portions, the upper body 120 is installed to cover the upper opening of the chamber body 110 , and the lower portion to cover the lower opening of the chamber body 110 .
  • the body 130 may be installed.
  • the upper body 120 may have a dome shape having an inclined surface whose height increases toward the center in the width direction.
  • Each of these chambers 100 that is, the chamber body 110, the upper body 120, and the lower body 130, may be made of a transparent material through which light can pass, and may be made of, for example, quartz.
  • the support 200 is a means by which the substrate S is supported on one surface, for example, an upper surface, and may be installed inside the chamber 100 .
  • the support 200 may be provided to have a larger area than the substrate S, and may be provided in a shape corresponding to the substrate S, for example, a rectangular or circular shape.
  • the support 200 may be provided to have the same area as the substrate (S) or to have a smaller area than the substrate (S).
  • the driving unit 600 may be a means for operating the support 200 by at least one of elevating, lowering, and rotating.
  • the driving unit 600 is installed outside the lower part of the chamber 100 to provide a driving source 610 that provides at least one power of elevating and rotating, and a driving shaft having one end connected to the support 200 and the other end connected to the driving source 610 .
  • 620 may be included. According to the driving unit 600 , the driving shaft 620 and the support 200 connected thereto for the operation of the driving source 610 may operate by at least one of elevation and rotation.
  • the heating unit 500 is a means for heating the inside and the support 200 of the chamber 100 , and may be installed outside the chamber 100 . More specifically, the heating unit 500 may be installed so that at least a portion of the lower side outside the chamber 100 may face the support 200 .
  • the heating unit 500 may be a means including a plurality of lamps, and the plurality of lamps may be installed to be arranged in a width direction of the support 200 . And the plurality of lamps may include lamps such as halogen that emits radiant heat.
  • the injector 300 injects gas toward the substrate S seated on the support 200 inside the chamber 100 .
  • the injection unit 300 may be installed in the chamber 100 so that one end to which the gas is injected may be located inside the chamber 100 .
  • the injection unit 300 may be installed on the side of the chamber 100 , for example, on the chamber body 110 , as shown in FIG. 1 , and may be in the form of a pipe through which gas can pass.
  • the injection unit 300 may be provided to be inclined upward so that its height increases toward one end at which the gas is injected.
  • the installation position, arrangement, shape, etc. of the injection unit 300 are not limited to the above-described example and may be variously modified. That is, the injection unit 300 may be installed in any position as long as one end to which the gas is injected can face the support 200 , for example, it may be installed in the upper body 120 of the chamber 100 . In addition, the injection unit 300 may be provided in a horizontal state without being inclined upward, and may be deformed into various shapes capable of injecting gas toward the substrate S without being limited to a pipe shape.
  • the gas injected from the injection unit 300 is a gas for forming, forming, or growing a thin film L on the substrate S (hereinafter, a process gas), the substrate S or for cleaning the inside of the chamber 100 . It may be a gas (hereinafter, a cleaning gas).
  • the process gas is a gas injected to grow the thin film L on the substrate S, and may vary depending on the type of the substrate S or the thin film to be grown.
  • the process gas may be a gas containing Si.
  • the process gas may be a gas containing Ge.
  • the process gas may be a gas containing Si or a gas containing Ge.
  • the gas containing Si is Si 2 H 6 and At least one of SiH 4 may be included.
  • the gas containing Ge may include GeH 4 .
  • a gas for doping for example, a gas containing B (boron) may be further injected through the injection unit 300 .
  • the gas containing B (boron) may include, for example, B 2 H 6 .
  • a pattern film P in the form of a thin film made of oxide, for example, SiO 2 is formed on a part of the upper surface of the substrate S as shown in FIG. 2 . Accordingly, a portion of the upper surface of the substrate S facing the injection unit 300 is covered by the pattern film P, and the rest is exposed.
  • the pattern layer P made of oxide may be a masking means for preventing or preventing deposition or growth. That is, the pattern film P may be a means for selective growth or film formation. Accordingly, when a process gas, for example, a gas containing Si 2 H 6 is injected from the injection unit 300 , Si 2 H 6 is decomposed or dissociated by the heat inside the chamber 100 , and the decomposed Si is on the substrate S is deposited on That is, Si is deposited on an exposed region (hereinafter, referred to as a growth region DA) of the upper surface of the substrate S where the pattern film P is not formed, and a thin film L made of Si is grown or formed. . In other words, selective growth in which Si is deposited in a growth region in which the pattern layer P is not formed among the upper surface of the substrate S may be performed.
  • a process gas for example, a gas containing Si 2 H 6 is injected from the injection unit 300 , Si 2 H 6 is decomposed or dissociated by the heat inside the
  • the growth region DA of the substrate S is oxidized, so that a thin oxide film, that is, a native oxide film, may be formed in the growth region DA. That is, the growth region DA may be oxidized while the substrate S is moved to the chamber or while waiting outside the chamber 100 to form a native oxide layer.
  • This native oxide film acts as a factor hindering the growth or film formation of the thin film. Accordingly, it is necessary to remove the native oxide film formed in the growth region DA of the substrate S before performing the growth process.
  • impurities may remain on the pattern film P. That is, a small amount of a material derived from the process gas may be attached to and remain on the pattern film P as well as the growth region DA of the substrate S. In this case, the remaining material on the pattern film P is an impurity.
  • the process gas contains Si 2 H 6
  • a thin film made of Si is deposited on the growth region DA of the substrate S
  • a small amount of Si is attached to the upper portion of the pattern film P and may remain.
  • the residue on the pattern layer P ie, Si, acts as an impurity that prevents selective growth in the next growth process. Accordingly, it is preferable to remove impurities such as Si remaining on the pattern layer P.
  • a cleaning process (hereinafter, the first cleaning process) of removing the native oxide film formed in the growth area DA of the substrate S is performed. ) and, after the growth process, a cleaning process (hereinafter, referred to as a second cleaning process) for removing impurities remaining on the upper portion of the pattern film P is performed.
  • the cleaning gas injected in the first cleaning process may include the first cleaning gas.
  • the cleaning gas injected in the first cleaning process may further include a second cleaning gas, which is a gas of a material different from that of the first cleaning gas.
  • the gas injected in the second cleaning process may include the second cleaning gas.
  • the first cleaning gas may include SF 6
  • the second cleaning gas may include Cl 2 .
  • by-products resulting from the process gas may be generated inside the chamber 100 , and these by-products are the inner wall of the chamber 100 and the support 200 .
  • a by-product made of Si may be deposited on the inner wall of the chamber 100 and the surface of the support 200 .
  • These by-products may act as impurities that deteriorate the quality of the thin film (L) or the product. Accordingly, it is preferable to perform a cleaning process to remove impurities inside the chamber 100 .
  • the chamber 100 After performing the substrate processing process a plurality of times, before loading the substrate S into the chamber 100 or after the substrate S inside the chamber 100 is carried out, the chamber 100 ) to clean the inside.
  • the second cleaning gas containing Cl 2 may be sprayed through the injection unit 300 to perform cleaning.
  • the plasma generator 400 is provided on the upper portion of the chamber 100 , that is, the upper body 120 , and ionizes the gas supplied into the chamber 100 to generate plasma.
  • the plasma generator 400 may be a means for generating an inductively coupled plasma (ICP). That is, the plasma generator 400 includes an antenna having a coil 410 for inducing an electric field in the chamber 100 as shown in FIG. 1 and a power supply unit 420 connected to the coil 410 to apply RF power. can do.
  • ICP inductively coupled plasma
  • the coil 410 may be installed on the upper body 120 .
  • the coil 410 may be provided in a spiral wound with a plurality of turns, or may have a configuration including a plurality of circular coils arranged in a concentric circle shape and connected to each other.
  • the coil 410 is not limited to a spiral coil or a concentric circular coil, and various coils having different shapes may be applied.
  • the coil 410 may have a multi-layer structure including a lower coil installed adjacent to the upper portion of the upper body 120 and an upper coil spaced apart from the upper coil of the lower coil.
  • the coil 410 may be made of a conductive material such as copper, and may have a hollow tube shape. When the coil 410 is manufactured in a tubular shape, since cooling water or refrigerant may flow, it is possible to suppress the temperature rise of the coil.
  • both ends of the coil 410 may be connected to the power supply unit 420 , and the other end may be connected to a ground terminal. Therefore, when RF power is applied to the coil through the power supply unit 420 , the gas injected into the chamber 100 is ionized or discharged to generate plasma in the chamber 100 .
  • the controller 700 may control the operation of the plasma generator 400 . More specifically, the control unit 700 may operate the plasma generating unit 400 to generate plasma in the chamber 100 in at least one of the first cleaning process and the second cleaning process.
  • control unit 700 performs a process of cleaning the inside of the chamber 100 before loading the substrate S into the chamber 100 or after removing the processed substrate S from the chamber 100 .
  • the plasma generating unit 400 may be controlled to generate plasma in the chamber 100 .
  • the control unit 700 may adjust the intensity of the RF power applied to the power supply unit 420 of the plasma generator 400 during the chamber cleaning process to be different from the intensity of the RF power applied during the first and second cleaning processes. .
  • the controller may adjust the intensity of the RF power applied to the power supply unit 720 during the cleaning process to be greater than the intensity of the RF power applied during the first and second cleaning processes.
  • the control unit 700 is different from the intensity of the first RF power applied during the first and second cleaning process and the intensity of the second RF power applied during the chamber cleaning process, compared to the intensity of the first RF power The intensity of the second RF power may be increased.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a substrate processing method according to an embodiment of the present invention.
  • 4 to 8 are process diagrams illustrating a substrate processing method according to an embodiment of the present invention.
  • the substrate is a Si wafer, and a method of growing a thin film made of Si in the growth region of the substrate will be described as an example.
  • the support 200 is heated to a temperature for a process (hereinafter, a process temperature), for example, 550°C.
  • a process temperature for example, 550°C.
  • the substrate S is loaded into the chamber 100, and the substrate S is seated on the support 200 (preparation step).
  • the pressure inside the chamber 100 may be set or controlled in a pressure range of several mtorr or less, or several tens of mtorr or less, or several hundred mtorr or less. And, in at least one of the first cleaning process (S100), the growth process (S200), and the second cleaning process (S300), the pressure inside the chamber 100 is set to several mtorr or less, or several tens of mtorr or less, or several hundred mtorr or less.
  • the pressure range can be set or controlled.
  • the temperature inside the chamber 100 before or after the substrate S is seated on the support 200 is set at 300° C. to 750° C. (300° C. or more and 750° C. or less), preferably 400° C. to 600° C. (400 °C or higher and 600°C or lower) can be set or controlled.
  • the temperature inside the chamber 100 is set at 300°C to 750°C.
  • 400°C to 600°C. °C can be set or controlled.
  • the temperature inside the chamber 100 may be set or controlled using the heating unit 500 .
  • a first cleaning process including a process S110 of removing the natural oxide film NO formed on the substrate S is performed ( S100 ).
  • the gas containing the first cleaning gas for example, SF 6 is injected through the injection unit 300 as shown in FIG. 4 .
  • RF power is applied to the power supply unit 720 of the plasma generating unit 400 through the control unit 700 to generate plasma in the chamber 100 .
  • the control unit 700 may adjust the intensity of the RF power applied to the coil 410 through the power supply unit 420 , that is, the power to be, for example, 60W to 1000W.
  • the first cleaning gas containing SF 6 When the first cleaning gas containing SF 6 is injected into the chamber 100 , SF 6 and the natural oxide film are generated by the heat inside the chamber 100 by the support 200 and the plasma generated by the plasma generator 400 . (NO) reacts. That is, SF 6 and oxygen (O) of the natural oxide film (NO) reacts to generate SO 2 . And the reaction product SO 2 may be discharged to the outside through the exhaust. Accordingly, the native oxide film NO formed on the substrate S is removed.
  • the pattern film P made of oxide as well as the natural oxide film NO formed in the growth region DA of the substrate S. It may also react with the first cleaning gas. Accordingly, a portion of the pattern layer P may also be partially etched by the first cleaning gas. However, since the native oxide layer NO is very thin and the pattern layer P has a thick thickness, the thickness of the pattern layer P etched by the first cleaning gas may be small. Accordingly, when the native oxide layer NO formed on the growth region DA is removed by the first cleaning gas, the pattern layer P remains (see FIG. 5 ).
  • the plasma is generated by operating the plasma generating unit 400 while injecting the first cleaning gas into the chamber 100 . That is, in addition to heating the support 200 inside the chamber 100, plasma is further generated inside the chamber 100 .
  • plasma is generated inside the chamber 100 in this way, the reaction rate between the first cleaning gas and the native oxide layer NO is improved. That is, when plasma is generated, the decomposition rate of SF 6 is faster than in the case where plasma is not generated, and accordingly, the reaction rate with the native oxide film (NO) is fast. Therefore, when plasma is generated, the reaction rate can be improved compared to the case where plasma is not generated. Accordingly, the first cleaning process time for removing the native oxide layer NO formed in the growth region DA of the substrate S may be shortened, and cleaning efficiency may be improved.
  • reaction by-products including components decomposed from the first cleaning gas may be generated. That is, when SF 6 of the first cleaning gas and the natural oxide film (NO) react to generate SO 2 , fluorine (F) is decomposed from the first cleaning gas, and reaction by-products containing fluorine (F) are generated in the chamber. (100) may remain inside. And the fluorine (F) inside the chamber 100 may reduce the quality of the thin film (L) or the product. Accordingly, it is preferable to remove (S120) the reaction by-product, that is, fluorine (F) remaining in the chamber 100 after removing the native oxide layer (NO) (S110).
  • the second cleaning gas containing Cl 2 is injected into the chamber 100 through the injection unit 300 as shown in FIG. 5 .
  • the control unit 7000 may adjust the power applied to the coil 410 through the power supply unit 420 to be the same as when the first cleaning gas is injected, and may be, for example, 60W to 1000W.
  • the reaction rate between the second cleaning gas and the fluorine (F) is improved. That is, when plasma is generated, the decomposition rate of Cl 2 is faster than that of the case where plasma is not generated, and thus the reaction rate with fluorine (F) in the chamber 100 is fast. Therefore, when plasma is generated, the reaction rate can be improved compared to the case where plasma is not generated. Accordingly, it is possible to shorten the process time for removing the reaction by-product, that is, fluorine (F) remaining in the chamber 100 after the first cleaning process, and it is possible to improve the cleaning efficiency.
  • a growth process of forming a thin film on the growth area DA of the substrate S is performed (S200).
  • a process gas for example, a gas containing Si 2 H 6 is injected through the injection unit 300 as shown in FIG. 6 .
  • Si is decomposed or dissociated from Si 2 H 6 of the process gas by heat inside the chamber 100 , and the decomposed Si is deposited in the growth region DA of the substrate S. Accordingly, a thin film (primary thin film L 1 ) made of Si is formed on the growth region DA of the substrate S as shown in FIG. 6 .
  • a small amount of a material resulting from the process gas may remain attached to the pattern film P as well as the growth area DA of the substrate S.
  • a process gas containing Si 2 H 6 is injected and a thin film made of Si is deposited on the growth area DA of the substrate S, a small amount of Si may remain attached to the upper portion of the pattern film P. can In this way, the Si remaining on the pattern layer P acts as an impurity in the next growth process. Accordingly, when the growth process is completed, a second cleaning process ( S300 ) of removing the impurities (I) remaining on the pattern layer (P) is performed.
  • the second cleaning gas for example, a gas containing Cl 2 is injected through the injection unit 300 as shown in FIG. 7 .
  • RF power is applied to the power supply unit 420 of the plasma generation unit 400 through the control unit 700 to generate plasma in the chamber 100 .
  • the control unit 700 controls the RF power applied to the coil 410 through the power supply unit 420 , that is, the power to be, for example, 60W to 1000W.
  • the second cleaning gas When the second cleaning gas is injected into the chamber 100, not only the impurities remaining on the upper portion of the pattern film P, but also the primary thin film L 1 formed in the growth region DA of the substrate S is removed. 2Can react with cleaning gas. Accordingly, a portion of the first thin film L 1 may also be partially etched by the second cleaning gas. However, since the impurity (I) has a very thin thickness and the primary thin film (L 1 ) is relatively thick, the thickness of the primary thin film (L 1 ) etched by the second cleaning gas may be small. have. Accordingly, when the impurity I on the pattern layer P is etched or removed by the second cleaning gas, the primary thin film L 1 remains.
  • the reaction rate between the second cleaning gas and the impurities I is improved. That is, when plasma is generated, the decomposition rate of Cl 2 is faster than in the case where plasma is not generated, and accordingly, the reaction rate with the impurity (I) on the pattern layer (P) is fast. Therefore, when plasma is generated, the reaction rate can be improved compared to the case where plasma is not generated. Accordingly, the second cleaning process time can be reduced, and the second cleaning process time can be shortened compared to the process time. That is, the second cleaning process may be performed for a shorter time than the growth process time. Accordingly, cleaning efficiency can be improved, the overall process time can be shortened, and damage to the substrate or thin film due to the second cleaning process time can be prevented.
  • the above-described growth process (S200) is performed in the same manner. Accordingly, as shown in FIG. 8 , the secondary thin film L 2 is formed on the primary thin film L 1 . In addition, impurities I may adhere or remain on the pattern film P during the growth process S200 of forming the secondary thin film L 2 on the primary thin film L 1 . Accordingly, when the growth process (S200) for forming the secondary thin film is completed, the second cleaning process (S300) is performed in the same manner as the above-described method.
  • the growth process (S200) and the second cleaning process (S300) are alternately repeated a plurality of times until a thin film of a target thickness is formed on the growth area (DA) of the substrate (S). . Accordingly, a thin film having a target thickness is grown on the growth area DA of the substrate S as shown in FIG. 2 .
  • a process of cleaning the inside of the chamber 100 is performed. That is, the interior of the chamber 100 is cleaned before the substrate S is brought into the chamber 100 or after the substrate S inside the chamber 100 is taken out.
  • the second cleaning gas containing Cl 2 is injected into the chamber 100 through the injection unit 300 , and RF power is applied to the power supply unit 420 of the plasma generation unit 400 to generate plasma.
  • the control unit 700 adjusts the intensity of the RF power applied to the coil 410 through the power supply unit 420 , that is, the power to be greater than the power applied during the first cleaning process and the second cleaning process.
  • a first cleaning process of removing the native oxide film NO formed on the growth region DA of the substrate S is performed before the growth process. Accordingly, the selective growth process can be easily performed on the substrate S, and the quality of the thin film can be improved.
  • a second cleaning process of removing impurities I remaining on the pattern film P is performed between the growth processes. Accordingly, the selective growth process can be easily performed during the next growth process, and the quality of the thin film can be improved.
  • the first cleaning process rate for removing the natural oxide film on the substrate S and the second cleaning process rate for removing impurities on the pattern film P can be improved, and the cleaning efficiency can be improved have. Accordingly, the overall substrate processing speed can be improved.
  • the pressure inside the chamber 100 is set or controlled in a pressure range of several mtorr or less, or several tens of mtorr or less, or several hundred mtorr or less. can Accordingly, at least one of the first cleaning process, the second cleaning process, and the growth process can be easily performed at a lower temperature than in the related art.
  • the concentration of impurities such as oxygen in the chamber 100 can be lowered, and accordingly It is possible to improve the quality of the thin film.
  • a cleaning process of removing the oxide film formed on the growth region of the substrate is performed before the growth process. Accordingly, the selective growth process can be easily performed on the substrate, and the quality of the thin film can be improved.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법은 챔버 내부의 지지대 상에 기판을 안착시키는 준비단계, 챔버 내부로 제1세정가스를 분사하여 기판 상의 자연 산화막을 제거하는 단계를 포함하는 제1세정단계, 챔버 내부로 공정가스를 분사하여 기판의 일면 중 성장영역에 박막을 성장시키는 성장단계 및 제1세정단계에서 챔버 내부에 유도결합 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함하고, 챔버 내부의 온도는 300℃ 내지 750℃인 것을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 의하면, 성장공정 전에 기판의 성장영역 상에 형성되어 있는 산화막을 제거하는 세정공정을 실시한다. 이에, 기판 상에 선택적 성장공정을 용이하게 실시할 수 있으며, 박막의 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
본 발명은 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박막 품질을 향상시킬 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하는 공정은 기판 상에 에피텍셜층을 선택적으로 성장시켜 성장공정을 포함한다. 이때, 기판 상부면의 일부에는 산화물 예컨대 SiO2로 이루어진 패턴막이 형성되어 있다. 그리고, 공정가스를 분사하면 기판의 상부면 중 패턴막이 형성되어 있지 않고 노출된 영역에 박막이 형성되는 선택적 성장이 이루어진다.
그런데, 성장공정을 실시하기 전에 기판이 이동하거나, 대기하는 중에 기판의 상부면에 자연 산화막이 형성될 수 있다. 즉, 기판의 상부면 중 패턴막이 형성되지 않고 노출된 영역에 자연 산화막이 형성될 수 있다. 또한, 기판으로 공정가스를 분사하는 성장공정 중에 패턴막 상에 불순물이 퇴적될 수 있다.
그리고, 상술한 바와 같은 자연 산화막 및 불순물은 선택적 성장을 방해하는 요인으로 작용한다. 이에 따라 목표두께의 박막을 형성할 수 없거나, 박막의 두께 균일성이 저하될 수 있으며, 이로 인해 반도체 소자의 성능이 저하될 수 있다.
(선행기술문헌) (특허문헌 1) 한국등록특허 10-1728072
본 발명은 박막의 품질을 향상시킬 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명은 기판의 세정 속도를 향상시킬 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법은, 챔버 내부의 지지대 상에 기판을 안착시키는 준비단계; 상기 챔버 내부로 제1세정가스를 분사하여, 상기 기판 상의 자연 산화막을 제거하는 단계를 포함하는 제1세정단계; 상기 챔버 내부로 공정가스를 분사하여, 상기 기판의 일면 중 성장영역에 박막을 성장시키는 성장단계; 및 상기 제1세정단계에서 상기 챔버 내부에 유도결합 플라즈마를 발생시키는 단계;를 포함하고, 상기 챔버 내부의 온도는 300℃ 내지 750℃인 것을 포함할 수 있다.
상기 제1세정단계는, 상기 챔버 내부로 상기 제1세정가스와 상이한 제2세정가스를 분사하여, 상기 자연 산화막을 제거하는 단계에서 발생하는 부산물을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 챔버 내부로 상기 제1세정가스와 상이한 제2세정가스를 분사하여, 상기 기판의 일면에 잔류하는 불순물을 제거하는 제2세정단계를 포함할 수 있다.
상기 제2세정단계는 상기 챔버 내부에 유도결합 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 챔버 내부로 기판을 반입하기 전 및 상기 챔버 내부의 기판을 외부로 반출한 후 중 적어도 하나에서 실시하는 챔버 세정단계를 포함하고, 상기 챔버 세정단계는, 상기 챔버 내부로 상기 제2세정가스를 분사하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 챔버 세정단계는 상기 챔버 내부에 유도결합 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 챔버 세정단계에서 유도결합 플라즈마 발생을 위해 상기 챔버 외부의 플라즈마 발생부로 인가되는 RF 전원의 세기는 상기 제1 및 제2세정단계에서 인가되는 RF 전원의 세기와 상이할 수 있다.
상기 성장단계 및 제2세정단계를 교대로 복수 회 실시할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 챔버; 기판을 지지할 수 있도록 상기 챔버 내부에 설치된 지지대; 상기 챔버 내부에 유도결합 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 상기 챔버의 외부에 설치된 플라즈마 발생부; 및 상기 기판 상에 박막을 성장시키는 성장공정 전에 상기 챔버로 제1세정가스를 분사하는 제1세정공정에서 상기 챔버 내부에 유도결합 플라즈마가 발생될 수 있도록 상기 플라즈마 발생부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 챔버 내부의 온도는 300℃ 내지 750℃인 것을 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 성장공정 후에 상기 챔버로 상기 제1세정가스와 상이한 제2세정가스를 분사하는 제2세정공정에서 상기 챔버 내부에 유도결합 플라즈마가 발생될 수 있도록 상기 플라즈마 발생부의 동작을 제어할 수 있다.
상기 제어부는 서로 상이한 세기의 제1RF 전원 및 제2RF 전원 중 어느 하나를 상기 플라즈마 발생부로 인가시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 성장공정 전에 기판의 성장영역 상에 형성되어 있는 산화막을 제거하는 세정공정을 실시한다. 이에, 기판 상에 선택적 성장공정을 용이하게 실시할 수 있으며, 박막의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 시간차를 두고 공정가스를 복수 회 분사하여 복수 회의 성장공정을 실시하는데, 성장공정 사이에 패턴막 상에 퇴적되어 있는 불순물을 제거하는 세정공정을 실시한다. 이에 다음 성장공정 시에 선택적 성장공정을 용이하게 실시할 수 있으며, 박막의 품질을 향상시킬 수 있다.
그리고, 각 세정공정들 중 적어도 하나를 실시할 때, 챔버 내부에 플라즈마를 발생시킨다. 이에, 세정공정들 중 적어도 하나의 속도를 향상시킬 수 있고, 세정효율을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 전체 기판 처리 공정 속도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치로 처리되는 기판을 예를 들어 개념적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법을 나타낸 공정도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 구성요소를 지칭한다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치에 대해 설명한다. 이때, 기판 처리 장치가 기판 상에 에피택셜층 박막을 선택적으로 성장시키는 장치인 것으로 예를 들어 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치로 처리되는 기판을 예를 들어 개념적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 내부공간을 가지는 챔버(100), 기판(S)을 지지할 수 있도록 챔버(100) 내부에 설치된 지지대(200), 챔버(100) 내부로 가스를 분사하도록 상기 챔버(100)에 설치된 분사부(300), 챔버(100) 내부에 플라즈마를 발생시키도록 챔버(100)의 외부에 위치된 플라즈마 발생부(400) 및 플라즈마 발생부(400)의 동작을 제어하는 제어부(700)를 포함할 수 있다.
또한, 기판 처리 장치는 적어도 일부가 지지대(200)와 대향하도록 설치된 가열부(500), 지지대(200)를 승하강시키거나 회전시키는 구동부(600), 챔버(100) 내부의 가스 및 불순물을 배기하는 배기부(미도시)를 포함할 수 있다.
이러한 기판 처리 장치에서 처리되는 기판(S)은 예컨대 웨이퍼(wafer) 일 수 있다. 보다 구체적으로 기판(S)은 Si 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있고, 도 2와 같이 Si 웨이퍼(silicon wafer) 상에 산화물 예컨대 SiO2로 이루어진 박막(이하, 패턴막(P))이 형성된 상태일 수 있다. 다른 말로 설명하면, 기판(S)은 그 상부면에 SiO2로 이루어진 패턴막(P)이 불연속적으로 형성된 상태일 수 있다. 이에, 기판 상부면의 일부는 SiO2 패턴막(P)에 의해 커버되고, 나머지는 노출될 수 있다.
이러한 기판(S)에 의하면, 상부면 중 패턴막(P)이 형성되지 않은 영역에 박막(L)이 성장하는 선택적 성장이 이루어진다. 기판(S) 상에 선택적으로 박막(L)을 성장시키는 공정에 대해서는 이후에 다시 상세히 설명한다.
그리고, 기판(S)은 Si 웨이퍼에 한정되지 않고, Ge 웨이퍼, SiGe 웨이퍼 등으로 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 기판(S)은 웨이퍼에 한정되지 않으며 유리(glass), 플라스틱(plastic), 필름(film), 금속 등 다양하게 변경될 수 있다.
챔버(100)는 챔버몸체(110), 챔버몸체(110)의 상부에 설치된 상부몸체(120) 및 챔버몸체(110)의 하부에 설치된 하부몸체(130)를 포함할 수 있다. 챔버몸체(110)는 상부 및 하부가 개방된 통 형상일 수 있고, 챔버몸체(110)의 상부 개구를 커버하도록 상부몸체(120)가 설치되고, 챔버몸체(110)의 하부 개구를 커버하도록 하부몸체(130)가 설치될 수 있다. 그리고, 상부몸체(120)는 그 폭 방향 중심으로 갈수록 높이가 증가하는 경사면을 가지는 돔(dome) 형상일 수 있다. 이러한 챔버(100) 즉, 챔버몸체(110), 상부몸체(120) 및 하부몸체(130) 각각은 빛이 투과할 수 있는 투명 재질로 마련될 수 있으며 예컨대 석영(quartz)으로 마련될 수 있다.
지지대(200)는 일면 예컨대 상부면에 기판(S)이 지지되는 수단으로, 챔버(100)의 내부에 설치될 수 있다. 이러한 지지대(200)는 기판(S)에 비해 큰 면적을 가지도록 마련될 수 있고, 기판(S)과 대응하는 형상 예컨대 사각형 또는 원형의 형상으로 마련될 수 있다. 물론 지지대(200)는 기판(S)과 동일하거나, 기판(S)에 비해 작은 면적을 가지도록 마련될 수도 있다.
구동부(600)는 지지대(200)를 승하강 및 회전 중 적어도 하나로 동작시키는 수단일 수 있다. 구동부(600)는 챔버(100)의 하부 외측에 설치되어 승하강 및 회전 중 적어도 하나의 동력을 제공하는 구동원(610) 및 일단이 지지대(200)에 연결되고 타단이 구동원(610)에 연결된 구동축(620)을 포함할 수 있다. 이러한 구동부(600)에 의하면, 구동원(610)의 동작에 위해 구동축(620) 및 이에 연결된 지지대(200)가 승하강 및 회전 중 적어도 하나로 동작할 수 있다.
가열부(500)는 챔버(100)의 내부 및 지지대(200)를 가열하는 수단으로, 챔버(100)의 외부에 설치될 수 있다. 보다 구체적으로 가열부(500)는 챔버(100) 외부의 하측에서 적어도 일부가 지지대(200)와 마주볼 수 있도록 설치될 수 있다. 이러한 가열부(500)는 복수의 램프를 포함하는 수단일 수 있고, 복수의 램프는 지지대(200)의 폭 방향으로 나열되게 설치될 수 있다. 그리고 복수의 램프는 복사열을 방출하는 할로겐 등과 같은 램프를 포함할 수 있다.
분사부(300)는 챔버(100) 내부에서 지지대(200) 상에 안착된 기판(S)을 향해 가스를 분사한다. 분사부(300)는 가스가 분사되는 일단이 챔버(100) 내부에 위치될 수 있도록 챔버(100)에 설치될 수 있다. 이때, 분사부(300)는 도 1에 도시된 바와 같이 챔버(100)의 측부 예컨대 챔버몸체(110)에 설치될 수 있으며, 가스가 통과할 수 있는 파이프(pipe) 형태일 수 있다. 또한, 분사부(300)는 도 1에 도시된 바와 같이 가스가 분사되는 일단으로 갈수록 그 높이가 높아지도록 상향 경사지게 마련될 수 있다.
물론, 분사부(300)의 설치 위치, 배치 및 형상 등은 상술한 예에 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있다. 즉, 분사부(300)는 가스가 분사되는 일단이 지지대(200)와 마주볼 수 있다면 어떠한 위치에 설치되어도 무방하며, 예컨대 챔버(100)의 상부몸체(120)에 설치될 수 있다. 또한, 분사부(300)는 상향 경사지지 않고 수평한 상태로 마련될 수 있고, 파이프 형상에 한정되지 않고 기판(S)을 향해 가스를 분사할 수 있는 다양한 형태로 변형될 수 있다.
분사부(300)로부터 분사되는 가스는 기판(S) 상에 박막(L)을 형성, 성막 또는 성장시키기 위한 가스(이하, 공정가스), 기판(S) 또는 챔버(100) 내부를 세정하기 위한 가스(이하, 세정가스)일 수 있다.
공정가스는 기판(S) 상에 박막(L)을 성장시키기 위해 분사되는 가스로서, 기판(S) 또는 성장시키고자 하는 박막의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 기판(S)이 Si 웨이퍼이고 기판(S) 상에 Si로 이루어진 박막(L)을 성장시키고자 하는 경우, 공정가스는 Si을 함유하는 가스일 수 있다. 또한 기판(S)이 Ge 웨이퍼이고 기판 상에 Ge로 이루어진 박막(L)을 성장시키고자 하는 경우, 공정가스는 Ge을 함유하는 가스일 수 있다. 다른 예로, 기판(S)이 SiGe 웨이퍼이고 기판(S) 상에 SiGe로 이루어진 박막(L)을 성장시키고자 하는 경우, 공정가스는 Si를 함유하는 가스와, Ge를 함유하는 가스일 수 있다. 여기서 Si을 함유하는 가스는 Si2H6 및 SiH4 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고 Ge을 함유하는 가스는 GeH4를 포함할 수 있다. 또한, 분사부(300)를 통해 추가로 도핑을 위한 가스 예컨대 B(붕소)를 함유하는 가스를 더 분사할 수도 있다. 이때 B(붕소)를 함유하는 가스는 예컨대 B2H6를 포함할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 기판(S)의 상부면의 일부에는 도 2에 도시된 바와 같이 산화물 예컨대 SiO2로 이루어진 박막 형태의 패턴막(P)이 형성되어 있다. 이에, 분사부(300)를 향하는 기판(S) 상부면의 일부는 패턴막(P)에 의해 커버되어 있고, 나머지는 노출되어 있다.
여기서 산화물로 이루어진 패턴막(P)은 퇴적 또는 성장을 방해 또는 저지하는 마스크 수단일 수 있다. 즉, 패턴막(P)은 선택적 성장 또는 성막이 이루어지도록 하는 수단일 수 있다. 이에, 분사부(300)로부터 공정가스 예컨대 Si2H6 를 포함하는 가스가 분사되면, 챔버(100) 내부의 열에 의해 Si2H6 가 분해 또는 해리되고, 분해된 Si가 기판(S) 상에 퇴적된다. 즉, 기판(S)의 상부면 중, 패턴막(P)이 형성되지 않고 노출되어 있는 영역(이하, 성장영역(DA))에 Si가 퇴적되어 Si로 이루어진 박막(L)이 성장 또는 성막된다. 다른 말로 설명하면, 기판(S)의 상부면 중 패턴막(P)이 형성되지 않은 성장영역에 Si가 퇴적되는 선택적 성장이 이루어질 수 있다.
그런데, 성장공정을 실시하기 전에 기판(S)의 성장영역(DA)이 산화되어, 상기 성장영역(DA)에 얇은 두께의 산화막 즉, 자연 산화막(native oxide)이 형성될 수 있다. 즉, 기판(S)을 챔버로 이동시키거나, 챔버(100) 밖에서 대기하는 중에 성장영역(DA)이 산화되어 자연 산화막이 형성될 수 있다. 이 자연 산화막은 박막의 성장 또는 성막을 방해하는 요인으로 작용한다. 이에, 성장공정을 실시하기 전에 기판(S)의 성장영역(DA)에 형성되어 있는 자연 산화막을 제거할 필요가 있다.
또한, 기판(S) 상에 박막(L)을 성막하는 또는 성장시키는 공정 중에, 패턴막(P) 상에 불순물이 잔류될 수 있다. 즉, 기판(S)의 성장영역(DA) 뿐만 아니라, 패턴막(P) 상에도 공정가스로부터 기인한 물질이 소량 부착되어 잔류될 수 있으며, 이때 패턴막(P) 상의 잔류하는 물질은 불순물로 작용할 수 있다. 예를 들어, 공정가스가 Si2H6를 포함하는 경우, 기판(S)의 성장영역(DA)에 Si로 이루어진 박막이 퇴적될 때, 패턴막(P) 상부에 Si가 소량 부착되어 잔류할 수 있다. 이렇게 패턴막(P) 상부의 잔류물 즉, Si는 다음 성장공정에서 선택적 성장을 방해하는 불순물로 작용한다. 이에, 패턴막(P) 상에 잔류하고 있는 Si와 같은 불순물을 제거하는 것이 바람직하다.
따라서, 실시예에서는 기판(S) 상에 박막(L)을 성장시키는 성장공정을 실시하기 전에 기판(S)의 성장영역(DA)에 형성된 자연 산화막을 제거하는 세정공정(이하, 제1세정공정)을 실시하고, 성장공정 후에, 패턴막(P) 상부에 잔류하고 있는 불순물을 제거하는 세정공정(이하, 제2세정공정)을 실시한다.
이때, 제1세정공정에서 분사되는 세정가스는 제1세정가스를 포함할 수 있다. 또한, 제1세정공정에서 분사되는 세정가스는 제1세정가스와 다른 물질의 가스인 제2세정가스를 더 포함할 수 있다. 그리고 제2세정공정에서 분사되는 가스는 제2세정가스를 포함할 수 있다. 이때, 제1세정가스는 SF6를 포함할 수 있고, 제2세정가스는 Cl2를 포함할 수 있다.
또한, 챔버(100) 내부에서 기판 처리 공정을 복수 회 실시하면, 상기 챔버(100)의 내부에 공정가스로부터 기인한 부산물이 발생될 수 있고, 이 부산물들은 챔버(100)의 내벽, 지지대(200)의 표면 등에 퇴적될 수 있다. 예컨대 공정가스로 Si2H6를 사용하는 경우, 챔버(100)의 내벽, 지지대(200) 표면 등에 Si로 이루어진 부산물이 퇴적될 수 있다. 이러한 부산물을 박막(L) 또는 제품의 품질을 저하시키는 불순물로 작용할 수 있다. 이에, 챔버(100) 내부의 불순물을 제거하는 세정공정을 실시하는 것이 바람직하다.
예컨대, 기판 처리 공정을 복수 회 실시하고 난 후, 챔버(100) 내부로 기판(S)을 반입하기 전 또는 챔버(100) 내부의 기판(S)이 외부로 반출되고 난 후, 상기 챔버(100) 내부를 세정한다. 이때, 분사부(300)를 통해 Cl2를 포함하는 제2세정가스를 분사하여 세정할 수 있다.
제1세정공정, 성장공정, 제2세정공정 및 챔버(100) 세정공정에 대한 상세한 설명은 이후에 다시 하기로 한다.
플라즈마 발생부(400)는 챔버(100)의 상부 즉, 상부몸체(120)의 상부에 마련되어 챔버(100)의 내부로 공급된 가스를 이온화시켜 플라즈마를 발생시킨다. 이러한 플라즈마 발생부(400)는 유도결합 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma)를 발생시키는 수단일 수 있다. 즉, 플라즈마 발생부(400)는 도 1과 같이 챔버(100) 내에 전기장을 유도하기 위한 코일(410)을 구비하는 안테나 및 코일(410)과 연결되어 RF 전원을 인가하는 전원부(420)를 포함할 수 있다.
코일(410)은 상부몸체(120)의 상부에 설치될 수 있다. 이때 코일(410)은 복수의 턴(turn)으로 감긴 나선형으로 마련되거나, 동심원 형태로 배치되어 서로 연결된 다수의 원형 코일을 포함하는 구성일 수 있다. 물론 코일(410)은 나선형 코일 또는 동심원상의 원형 코일에 한정되지 않고 다른 형태를 가지는 다양한 코일이 적용될 수 있다.
또한, 코일(410)은 상부몸체(120)의 상부에 인접하게 설치되는 하부 코일과, 하부 코일의 상부로 이격되어 설치되는 상부 코일을 포함하여 복층 구조로 이루어질 수도 있다.
이러한 코일(410)은 구리 등의 도전성 재료로 제작될 수 있으며, 내부가 빈 관 형상으로 제작될 수 있다. 코일(410)이 관 형상으로 제작되는 경우 냉각수 또는 냉매가 흐를 수 있기 때문에 코일의 온도 상승을 억제할 수 있다.
또한, 코일(410)의 양 끝단 중 일단은 전원부(420)와 연결되고, 타단은 접지 단자와 연결될 수 있다. 따라서 전원부(420)를 통해 코일로 RF 전원이 인가되면, 챔버(100) 내부로 분사된 가스가 이온화 또는 방전되어 챔버(100) 내부에 플라즈마를 발생시키게 된다.
제어부(700)는 플라즈마 발생부(400)의 동작을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로 제어부(700)는 제1세정공정 및 제2세정공정 중 적어도 하나의 공정에서 챔버(100) 내부에 플라즈마가 발생될 수 있도록 플라즈마 발생부(400)의 동작을 할 수 있다.
또한, 제어부(700)는 챔버(100) 내부로 기판(S)을 반입하기 전 또는 처리가 종료된 기판(S)을 챔버(100)로부터 반출한 후에, 상기 챔버(100) 내부를 세정하는 공정을 실시할 때, 챔버(100) 내부에 플라즈마가 발생되도록 플라즈마 발생부(400)를 제어할 수 있다.
제어부(700)는 챔버 세정공정 시에 플라즈마 발생부(400)의 전원부(420)로 인가되는 RF 전원의 세기가 제1 및 제2세정공정시에 인가되는 RF 전원의 세기와 다르도록 조절할 수 있다. 예컨대, 제어부는 세정공정 시에 전원부(720)로 인가되는 RF 전원의 세기가 제1 및 제2세정공정시에 인가되는 RF 전원의 세기에 비해 크도록 조절할 수 있다. 다른 말로 설명하면, 제어부(700)는 제1 및 제2세정공정 시에 인가되는 제1RF 전원의 세기와 챔버 세정공정 시에 인가되는 제2RF 전원의 세기 서로 상이하고, 제1RF 전원의 세기에 비해 제2RF 전원의 세기가 크도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법을 나타낸 순서도이다. 도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법을 나타낸 공정도이다.
이하, 도 3 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법에 대해 설명한다. 이때, 기판은 Si 웨이퍼이고, 기판의 성장영역에 Si로 이루어진 박막을 성장시키는 방법을 예를 들어 설명한다.
먼저 가열부(500)를 동작시켜, 지지대(200)를 공정을 위한 온도(이하, 공정온도) 예컨대 550℃로 가열한다. 지지대(200)가 공정온도에 도달하면 챔버(100) 내부로 기판(S)을 반입시키고, 기판(S)을 지지대(200) 상부에 안착시킨다(준비단계).
기판(S)이 지지대(200)에 안착되기 전 또는 안착된 후에 챔버(100) 내부의 압력을 수 mtorr 이하 또는 수십 mtorr 이하 또는 수백 mtorr 이하의 압력 범위로 설정 또는 제어할 수 있다. 그리고, 제1세정공정(S100), 성장공정(S200) 및 제2세정공정(S300) 중 적어도 하나의 공정에서, 챔버(100) 내부의 압력을 수 mtorr 이하 또는 수십 mtorr 이하 또는 수백 mtorr 이하의 압력 범위로 설정 또는 제어할 수 있다.
또한, 기판(S)이 지지대(200)에 안착되기 전 또는 안착된 후에 챔버(100) 내부의 온도를 300℃ 내지 750℃(300℃ 이상 750℃ 이하) 바람직하게는 400℃ 내지 600℃(400℃ 이상 600℃이하)로 설정 또는 제어할 수 있다. 그리고, 제1세정공정(S100), 성장공정(S200) 및 제2세정공정(S300) 중 적어도 하나의 공정에서, 챔버(100) 내부의 온도를 300℃ 내지 750℃　 바람직하게는 400℃ 내지 600℃로 설정 또는 제어할 수 있다. 이때, 챔버(100) 내부의 온도는 가열부(500)를 이용하여 설정 또는 제어할 수 있다.
지지대(200) 상에 기판(S)이 안착되면, 상기 기판(S) 상에 형성되어 있는 자연 산화막(NO)을 제거하는 과정(S110)을 포함하는 제1세정공정을 실시한다(S100). 이를 위해 도 4와 같이 분사부(300)를 통해 제1세정가스 예컨대 SF6를 포함하는 가스를 분사한다. 또한, 제어부(700)를 통해 플라즈마 발생부(400)의 전원부(720)로 RF 전원을 인가하여 챔버(100) 내부에 플라즈마를 발생시킨다. 이때 제어부(700)는 전원부(420)를 통해 코일(410)로 인가되는 RF 전원의 세기 즉, 전력이 예컨대 60W 내지 1000W가 되도록 조절할 수 있다.
챔버(100) 내부로 SF6를 포함하는 제1세정가스가 분사되면, 지지대(200)에 의한 챔버(100) 내부의 열과 플라즈마 발생부(400)에 의해 생성된 플라즈마에 의해 SF6와 자연 산화막(NO)이 반응한다. 즉, SF6와 자연 산화막(NO)의 산소(O)가 반응하여 SO2가 생성되는 반응이 일어난다. 그리고 반응 생성물인 SO2는 배기부를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이에, 기판(S) 상에 형성된 자연 산화막(NO)이 제거된다.
이렇게 챔버(100) 내부로 SF6를 포함하는 제1세정가스가 분사되면, 기판(S)의 성장영역(DA)에 형성되어 있는 자연 산화막(NO) 뿐만 아니라, 산화물로 이루어진 패턴막(P)도 상기 제1세정가스와 반응할 수 있다. 이에, 패턴막(P)의 일부도 제1세정가스에 의해 일부 식각될 수 있다. 그러나, 자연 산화막(NO)은 그 두께가 아주 얇고, 패턴막(P)은 그 두께가 두껍기 때문에, 제1세정가스에 의해 식각되는 패턴막(P)의 두께는 소량일 수 있다. 따라서, 제1세정가스에 의해 성장영역(DA) 상에 형성된 자연 산화막(NO)이 제거될 때, 패턴막(P)은 남아있게 된다(도 5 참조).
이와 같이 실시예에서는 챔버(100) 내부로 제1세정가스를 분사하면서, 플라즈마 발생부(400)를 동작시켜 플라즈마를 발생시킨다. 즉, 챔버(100) 내부의 지지대(200)를 가열하는 것 외에 챔버(100) 내부에 플라즈마를 추가로 더 발생시킨다. 이렇게 챔버(100) 내부에 플라즈마가 발생되면, 제1세정가스와 자연 산화막(NO) 간의 반응 속도가 향상된다. 즉, 플라즈마를 발생시킬 경우 그렇지 않을 경우에 비해 SF6의 분해 속도가 빠르고, 이에 따라 자연 산화막(NO)과의 반응 속도가 빠르다. 따라서 플라즈마를 발생시킬 경우 그렇지 않을 경우에 비해 반응 속도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라 기판(S)의 성장영역(DA)에 형성된 자연 산화막(NO)을 제거하는 제1세정공정 시간을 단축할 수 있고, 세정효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 자연 산화막 제거 과정(S110)에서 제1세정가스와 자연 산화막이 반응할 때, 제1세정가스로부터 분해된 성분을 포함하는 반응 부산물이 발생될 수 있다. 즉, 제1세정가스의 SF6와 자연 산화막(NO)이 반응하여 SO2가 생성될 때 상기 제1세정가스로부터 불소(F)가 분해되고, 이에 불소(F)를 포함하는 반응 부산물이 챔버(100) 내부에 잔류할 수 있다. 그리고 챔버(100) 내부의 불소(F)는 박막(L) 또는 제품의 품질을 저하시킬 수 있다. 이에, 자연 산화막(NO)을 제거한 후(S110), 챔버(100) 내부에 잔류하는 반응 부산물 즉, 불소(F)를 제거(S120)하는 것이 바람직하다.
이를 위해, 제1세정가스를 분사하여 자연 산화막(NO)을 제거(S110)한 후, 도 5와 같이 분사부(300)를 통해 챔버(100) 내부로 Cl2를 포함하는 제2세정가스를 분사하고 플라즈마를 발생시킨다. 이때 제어부(7000)는 전원부(420)를 통해 코일(410)로 인가되는 전력이 제1세정가스 분사 시와 동일하도록 조절할 수 있고, 예컨대 60W 내지 1000W일 수 있다.
이렇게 챔버(100) 내부로 Cl2를 포함하는 제2세정가스가 분사되면, 지지대(200)에 의한 챔버(100) 내부의 열과 플라즈마 발생부(400)에 의해 생성된 플라즈마에 의해 Cl2와 반응 부산물 즉, 불소(F)가 반응한다. 그리고 제2세정가스와 불소(F) 간의 반응에 의해 생성된 ClF는 배기부를 통해 외부로 배출된다. 이에, 자연 산화막 제거 과정(S110)에서 제1세정가스에 의해 생성된 반응 부산물이 챔버(100)의 외부로 제거된다(S120).
이와 같이, 제2세정가스가 분사될 때 플라즈마를 발생시키면, 제2세정가스와 불소(F) 간의 반응 속도가 향상된다. 즉, 플라즈마를 발생시킬 경우 그렇지 않을 경우에 비해 Cl2의 분해 속도가 빠르고, 이에 따라 챔버(100) 내 불소(F)와의 반응 속도가 빠르다. 따라서 플라즈마를 발생시킬 경우 그렇지 않을 경우에 비해 반응 속도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라 제1세정공정 후에 챔버(100) 내부에 잔류하는 반응 부산물 즉 불소(F)를 제거하는 공정 시간을 단축할 수 있고, 세정효율을 향상시킬 수 있다.
제1세정공정이 종료되면, 기판(S)의 성장영역(DA) 상에 박막을 형성하는 성장공정을 실시한다(S200). 이를 위해, 도 6과 같이 분사부(300)를 통해 공정가스 예컨대 Si2H6를 포함하는 가스를 분사한다. 이때, 챔버(100) 내부의 열에 의해 공정가스의 Si2H6로부터 Si가 분해 또는 해리되며, 분해된 Si가 기판(S)의 성장영역(DA)에 퇴적된다. 이에 도 6과 같이 기판(S)의 성장영역(DA) 상에 Si로 이루어진 박막(1차 박막(L1))이 형성된다.
그런데 이렇게 기판(S) 상에 박막을 형성하는 성장공정 중에, 기판(S)의 성장영역(DA) 뿐만 아니라, 패턴막(P) 상에도 공정가스로부터 기인한 물질이 소량 부착되어 잔류할 수 있다. 예를 들어, Si2H6를 포함하는 공정가스가 분사되어 기판(S)의 성장영역(DA)에 Si로 이루어진 박막이 퇴적될 때, 패턴막(P) 상부에 Si가 소량 부착되어 잔류할 수 있다. 이렇게 패턴막(P) 상부에 잔류하는 Si는 다음 성장공정에서 불순물로 작용한다. 이에, 성장공정이 종료되면 패턴막(P) 상에 잔류하는 불순물(I)을 제거하는 제2세정공정(S300)을 실시한다.
이를 위해, 도 7과 같이 분사부(300)를 통해 제2세정가스 예컨대 Cl2를 포함하는 가스를 분사한다. 또한, 제어부(700)를 통해 플라즈마 발생부(400)의 전원부(420)으로 RF 전원을 인가하여 챔버(100) 내부에 플라즈마를 발생시킨다. 이때 제어부(700)는 전원부(420)를 통해 코일(410)로 인가되는 RF 전원 즉, 전력이 예컨대 60W 내지 1000W가 되도록 한다.
챔버(100) 내부로 Cl2를 포함하는 제2세정가스가 분사되면, 지지대(200)에 의한 챔버(100) 내부의 열과 챔버(100) 내부에 생성된 플라즈마에 의해 Cl2와 Si가 반응한다. 그리고 반응 생성물 SiCl4는 배기부를 통해 외부로 배출된다. 이에, 패턴막(P) 상의 불순물(I)이 제거된다.
챔버(100) 내부로 제2세정가스가 분사될 때, 패턴막(P) 상부에 잔류하고 있는 불순물뿐만 아니라, 기판(S)의 성장영역(DA)에 형성된 1차 박막(L1)도 제2세정가스와 반응할 수 있다. 이에, 1차 박막(L1)의 일부도 제2세정가스에 의해 일부 식각될 수 있다. 그러나, 불순물(I)은 그 두께가 아주 얇고, 1차 박막(L1)은 상대적으로 그 두께가 두껍기 때문에, 제2세정가스에 의해 식각되는 1차 박막(L1)의 두께는 소량일 수 있다. 따라서, 제2세정가스에 의해 패턴막(P) 상의 불순물(I)이 식각 또는 제거될 때 1차 박막(L1)은 남아있게 된다.
이와 같이, 제2세정가스를 분사하여 패턴막(P) 상부의 불순물을 제거하는 제2세정공정 시에 플라즈마를 발생시킴으로써, 제2세정가스와 불순물(I) 간의 반응 속도가 향상된다. 즉, 플라즈마를 발생시킬 경우 그렇지 않을 경우에 비해 Cl2의 분해 속도가 빠르고, 이에 따라 패턴막(P) 상부의 불순물(I)과의 반응 속도가 빠르다. 따라서 플라즈마를 발생시킬 경우 그렇지 않을 경우에 비해 반응 속도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라 제2세정공정 시간을 줄일 수 있으며, 제2세정공정 시간을 공정시간에 비해 짧게 할 수 있다. 즉, 성장공정 시간에 비해 짧은 시간 동안 제2세정공정을 실시할 수 있다. 따라서, 세정효율을 향상시킬 수 있고, 전체 공정 시간을 단축할 수 있으며, 제2세정공정 시간에 따른 기판 또는 박막의 손상을 방지할 수 있다.
제2세정공정이 종료되면, 상술한 성장공정(S200)을 동일한 방법으로 실시한다. 이에 도 8과 같이 1차 박막(L1)상에 2차 박막(L2)이 형성된다. 그리고, 1차 박막(L1) 상에 2차 박막(L2)을 형성하는 성장공정(S200) 중에 패턴막(P) 상에 불순물(I)이 부착 또는 잔류할 수 있다. 이에 2차 박막 형성을 위한 성장공정(S200)이 종료되면, 제2세정공정(S300)을 상술한 방법과 동일한 방법으로 실시한다.
그리고, 기판(S)의 성장영역(DA) 상에 목표로 하는 두께의 박막의 형성될 때 까지, 상술한 성장공정(S200)과 제2세정공정(S300)을 교대로 복수 회 반복하여 실시한다. 이에 따라, 도 2와 같이 기판(S)의 성장영역(DA) 상에 목표두께를 가지는 박막이 성장된다.
또한, 상술한 바와 같이 기판(S) 상에 박막(L)을 형성하는 공정을 복수 회 반복한 후, 상기 챔버(100) 내부를 세정하는 공정을 실시한다. 즉, 챔버(100) 내부로 기판(S)을 반입하기 전 또는 챔버(100) 내부의 기판(S)이 외부로 반출되고 난 후, 상기 챔버(100) 내부를 세정한다. 이를 위해, 분사부(300)를 통해 챔버(100) 내부로 Cl2를 포함하는 제2세정가스를 분사하고, 플라즈마 발생부(400)의 전원부(420)로 RF 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다. 이때, 제어부(700)는 전원부(420)를 통해 코일(410)로 인가되는 RF 전원의 세기 즉, 전력이 제1세정공정 및 제2세정공정 시에 인가되는 전력에 비해 크도록 조절한다.
이렇게, 챔버(100) 내부로 제2세정가스가 분사되고, 플라즈마가 발생되면, 제2세정가스의 Cl2와 챔버(100) 내부에 잔류하고 있는 있는 불순물 예컨대 Si가 반응한다. 그리고 반응 생성물인 SiCl4는 배기부를 통해 외부로 배출되며, 이에 챔버(100) 내부의 불순물이 제거된다. 즉, 챔버(100) 내부가 세정된다.
이와 같이 실시예에 따른 기판 처리 방법에 의하면, 성장공정 전에 기판(S)의 성장영역(DA) 상에 형성되어 있는 자연 산화막(NO)을 제거하는 제1세정공정을 실시한다. 이에, 기판(S) 상에 선택적 성장공정을 용이하게 실시할 수 있고, 박막의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 시간차를 두고 공정가스를 복수 회 분사하여 복수 회의 성장공정을 실시하는데 있어서, 성장공정 사이에 패턴막(P) 상에 잔류하고 있는 불순물(I)을 제거하는 제2세정공정을 실시한다. 이에 다음 성장공정 시에 선택적 성장공정을 용이하게 실시할 수 있고, 박막의 품질을 향상시킬 수 있다.
그리고, 제1세정공정 및 제2세정공정 중 적어도 하나를 실시할 때, 챔버(100) 내부에 플라즈마를 발생시킨다. 이에, 기판(S) 상의 자연 산화막을 제거하는 제1세정공정 속도 및 패턴막(P) 상의 불순물을 제거하는 제2세정공정 속도 중 적어도 하나의 속도를 향상시킬 수 있고, 세정효율을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 전체 기판 처리 공정 속도를 향상시킬 수 있다.
또한, 제1세정공정, 성장공정 및 제2세정공정 중 적어도 하나의 공정을 실시할 때 챔버(100) 내부의 압력을 수 mtorr 이하 또는 수십 mtorr 이하 또는 수백 mtorr 이하의 압력 범위로 설정 또는 제어할 수 있다. 이에, 종래에 비해 낮은 온도에서 제1세정공정, 제2세정공정 및 성장공정 중 적어도 하나의 공정을 용이하게 실시할 수 있다. 그리고, 챔버(100) 내부의 압력을 수 mtorr 이하 또는 수십 mtorr 이하 또는 수백 mtorr 이하의 압력 범위로 설정 또는 제어함에 따라, 챔버(100) 내부의 산소와 같은 불순물의 농도를 낮출 수 있고, 이에 따라 박막의 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 성장공정 전에 기판의 성장영역 상에 형성되어 있는 산화막을 제거하는 세정공정을 실시한다. 이에, 기판 상에 선택적 성장공정을 용이하게 실시할 수 있으며, 박막의 품질을 향상시킬 수 있다.

Claims (11)

  1. 챔버 내부의 지지대 상에 기판을 안착시키는 준비단계;
    상기 챔버 내부로 제1세정가스를 분사하여, 상기 기판 상의 자연 산화막을 제거하는 단계를 포함하는 제1세정단계;
    상기 챔버 내부로 공정가스를 분사하여, 상기 기판의 일면 중 성장영역에 박막을 성장시키는 성장단계; 및
    상기 제1세정단계에서 상기 챔버 내부에 유도결합 플라즈마를 발생시키는 단계;를 포함하고,
    상기 챔버 내부의 온도는 300℃ 내지 750℃인 것을 포함하는 기판 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1세정단계는,
    상기 챔버 내부로 상기 제1세정가스와 상이한 제2세정가스를 분사하여, 상기 자연 산화막을 제거하는 단계에서 발생하는 부산물을 제거하는 단계를 더 포함하는 기판 처리 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버 내부로 상기 제1세정가스와 상이한 제2세정가스를 분사하여, 상기 기판의 일면에 잔류하는 불순물을 제거하는 제2세정단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2세정단계는 상기 챔버 내부에 유도결합 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 챔버 내부로 기판을 반입하기 전 및 상기 챔버 내부의 기판을 외부로 반출한 후 중 적어도 하나에서 실시하는 챔버 세정단계를 포함하고,
    상기 챔버 세정단계는, 상기 챔버 내부로 상기 제2세정가스를 분사하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 챔버 세정단계는 상기 챔버 내부에 유도결합 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 챔버 세정단계에서 유도결합 플라즈마 발생을 위해 상기 챔버 외부의 플라즈마 발생부로 인가되는 RF 전원의 세기는 상기 제1 및 제2세정단계에서 인가되는 RF 전원의 세기와 상이한 기판 처리 방법.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 성장단계 및 제2세정단계를 교대로 복수 회 실시하는 기판 처리 방법.
  9. 챔버;
    기판을 지지할 수 있도록 상기 챔버 내부에 설치된 지지대;
    상기 챔버 내부에 유도결합 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 상기 챔버의 외부에 설치된 플라즈마 발생부; 및
    상기 기판 상에 박막을 성장시키는 성장공정 전에 상기 챔버로 제1세정가스를 분사하는 제1세정공정에서 상기 챔버 내부에 유도결합 플라즈마가 발생될 수 있도록 상기 플라즈마 발생부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 챔버 내부의 온도는 300℃ 내지 750℃인 것을 포함하는 기판 처리 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 성장공정 후에 상기 챔버로 상기 제1세정가스와 상이한 제2세정가스를 분사하는 제2세정공정에서 상기 챔버 내부에 유도결합 플라즈마가 발생될 수 있도록 상기 플라즈마 발생부의 동작을 제어하는 기판 처리 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제어부는 서로 상이한 세기의 제1RF 전원 및 제2RF 전원 중 어느 하나를 상기 플라즈마 발생부로 인가시키는 기판 처리 장치.
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