CN111357081A - 用于选择性去除多晶硅的干洗装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于选择性去除多晶硅的干洗装置和方法。本发明包括：将等离子体态的含氟气体和非等离子体态的含氢气体供应至基板，该基板上形成有氧化硅、氮化硅和多晶硅，由此将氧化硅和氮化硅的表面改变为六氟硅酸铵，从而形成保护层；停止供应含氢气体并连续供应等离子体态的含氟气体，由此通过氟自由基选择性去除多晶硅；最后为保护层去除步骤，通过退火去除由六氟硅酸铵制成的保护层。根据本发明，通过将形成在基板上的氮化硅和氧化硅的表面改变为六氟硅酸铵((NH4)2SiF6)固体层并将该六氟硅酸铵固体层用作保护层，可以选择性蚀刻多晶硅。

Description

用于选择性去除多晶硅的干洗装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于选择性去除多晶硅的干洗装置和方法。更具体地，本发明涉及一种用于将在基板上形成的氮化硅和氧化硅的表面改变为六氟硅酸铵((NH4)2SiF6)固体层并使用该六氟硅酸铵固体层作为保护层选择性地蚀刻多晶硅的干洗装置和方法。
背景技术
根据半导体器件的电路的高集成度和高精细度，需要在异质图案(heterogeneouspatterns)例如多晶硅、氧化硅或氮化硅之间显示出高选择性的蚀刻和清洗技术。
同时，蚀刻多晶硅的技术包括湿法蚀刻和干法蚀刻。尽管湿法蚀刻技术具有优异的颗粒去除能力，但是存在由于高纵横比图案上的表面张力而导致的清洗能力降低以及难以在原子水平上控制精细蚀刻的选择性的问题。另外，干法蚀刻技术具有这样的问题，其中在蚀刻之后由于晶片上的离子轰击而形成损伤层，因此需要用于去除损伤层的额外后续工艺。
近来，作为解决上述问题的替代技术，广泛使用通过气体或自由基反应形成六氟硅酸铵(NH4)2SiF6)固体层并通过加热去除由此形成的固体层的干洗(dry cleaning)技术，并且该技术具有根据反应条件选择性地去除异质图案而不会损坏基板的优点。
然而，使用六氟硅酸铵((NH4)2SiF6)固体层选择性地蚀刻多晶硅的技术仍是未知的。
[现有技术文件]
[专利文件]
(专利文献1)韩国未审查专利申请公开第10-2009-0083857号(公开日期：2009年8月4日，发明名称：去除多晶硅的方法和计算机可读存储介质)
发明内容
技术问题
本发明涉及提供一种干洗装置和方法，用于将在基板上形成的氮化硅和氧化硅的表面改变为六氟硅酸铵((NH4)2SiF6)固体层，并使用该六氟硅酸铵固体层作为保护层选择性蚀刻多晶硅。
解决问题的方案
本发明的一个方面提供了一种用于选择性地去除多晶硅的干洗方法，其包括：保护层形成步骤，用于将与氧化硅和氮化硅反应的等离子体态的含氟气体和非等离子体态的含氢气体供应至位于腔室中的卡盘上的基板，并且该基板在其上形成有氧化硅、氮化硅和多晶硅，从而将氧化硅和氮化硅的表面改变为六氟硅酸铵((NH4)2SiF6)并形成保护层；多晶硅去除步骤，用于停止供应含氢气体并连续地以等离子体态供应含氟气体，从而通过氟自由基选择性地去除多晶硅；以及保护层去除步骤，用于通过退火去除由六氟硅酸铵制成的保护层。
在用于选择性地去除多晶硅的干洗方法中，在保护层形成步骤和多晶硅去除步骤中，连续地供应含氟气体和RF电源以形成等离子体态的含氟气体，并且仅在保护层形成步骤中提供含氢气体。
在用于选择性去除多晶硅的干洗方法中，含氢气体的供应时间为1至10秒。
在用于选择性去除多晶硅的干洗方法中，保护层形成步骤、多晶硅去除步骤和保护层去除步骤通过原位清洗方法在同一腔室中连续进行。
在用于选择性去除多晶硅的干洗方法中，在保护层去除步骤中，仅供应惰性气体，同时阻塞等离子体，以通过蒸发去除由六氟硅酸铵制成的保护层。
在用于选择性去除多晶硅的干洗方法中，将卡盘的温度控制在80至120℃，提供用于供应等离子体态的含氟气体和含氢气体的路径的喷头的加热温度为100至200℃，并且腔室的内侧壁的加热温度为80至100℃。
在用于选择性地去除多晶硅的干洗方法中，含氢气体包括H2、NH3或H2O。
本发明的另一方面提供了一种用于选择性地去除多晶硅的干洗装置，该干洗装置包括：卡盘，该卡盘包括在腔室中，并且在其上设置有基板，在基板上形成有氧化硅、氮化硅和多晶硅；用于加热卡盘的卡盘加热器；RF电极，其上施加有用于产生等离子体的RF电源，并且包括提供用于供应含氟气体的路径的第一供应孔；以及与所述RF电极间隔开的喷头，从而在其之间形成等离子体产生区域，同时连接到用于RF电源的接地单元，并且包括提供用于向基板供应经等离子体处理的含氟气体的路径的第二供应孔以及提供用于向基板供应含氢气体的路径并且与所述第二供应孔物理分离的第三供应孔。在此，在保护层形成步骤中，通过第一供应孔和第二供应孔将与氧化硅和氮化硅反应的等离子体态的含氟气体供应至基板，并且通过第三供应孔将非等离子体态的含氢气体供应至基板，从而将氧化硅和氮化硅的表面改变为六氟硅酸铵((NH4)2SiF6)并形成保护层，在多晶硅去除步骤中，停止提供含氢气体，并连续提供等离子体态的含氟气体，以通过氟自由基选择性地除去多晶硅，在保护层去除步骤中，通过退火去除由六氟硅酸铵制成的所述保护层。
在用于选择性地去除多晶硅的干洗装置中，在保护层形成步骤和多晶硅去除步骤中连续供应含氟气体和RF电源以形成等离子体态的含氟气体，并且仅在保护层形成步骤中提供含氢气体。
在用于选择性地去除多晶硅的干洗装置中，含氢气体的供应时间为1至10秒。
在用于选择性地去除多晶硅的干洗装置中，保护层形成步骤、多晶硅去除步骤和保护层去除步骤通过原位清洗(in-situ cleaning)方法在同一腔室中连续进行。
在用于选择性地去除多晶硅的干洗装置中，在保护层去除步骤中，在阻塞等离子体的同时仅提供惰性气体，以便通过蒸发去除由六氟硅酸铵制成的保护层。
在用于选择性地去除多晶硅的干洗装置中，将卡盘的温度控制为80至120℃，喷头的加热温度为100至200℃，并且腔室的内侧壁的加热温度为80至100℃。
在用于选择性地去除多晶硅的干洗装置中，含氢气体是H2、NH3或H2O。
发明的有益效果
根据本发明，提供一种干洗装置和干洗方法，用于将形成在基板上的氮化硅和氧化硅的表面改变为六氟硅酸铵((NH4)2SiF6)固体层，并使用六氟硅酸铵固体层作为保护层选择性地蚀刻多晶硅。
附图说明
图1示出了根据本发明示例性实施方式的用于选择性去除多晶硅的干洗方法。
图2示出了根据本发明示例性实施方式的RF电源和气体供应定时。
图3示出了根据本发明示例性实施方式的用于干洗的反应机理。
图4示出了根据本发明示例性实施方式的用于选择性去除多晶硅的干洗装置。
具体实施方式
仅出于描述根据本发明构思的实施方式的目的，例示了针对在说明书中公开的根据本发明构思的实施方式的具体结构或功能描述。根据本发明的概念的实施方式可以以各种形式实现，并且本发明不限于说明书中描述的实施方式。
本发明可以以各种形式修改和实现，因此，将仅详细描述特定实施方式。然而，本发明不限于特定公开，并且应当理解，本发明包括在本发明的精神和范围内的所有修改、等同形式和替代形式。
术语“第一”和“第二”可以用于描述各种组件，但是这些组件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个组件和另一个组件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，可以将第一组件称为第二组件，并且类似地，可以将第二组件称为第一组件。
当提到第一组件“连接到”第二组件或与第二组件“接触”时，应当理解，第一组件可以直接连接到第二组件或与第二组件接触，或者可以在其间***第三组件。另一方面，当提到第一组件“直接连接”到第二组件或与之“接触”时，将理解的是，在它们之间没有其他组件。描述组件之间的关系，即“在……之间”、“直接在……之间”、“与……相邻”或“与……直接相邻”的其他表达方式应按上述解释。
说明书中使用的术语仅用于描述具体示例，而不是限制本发明。除非上下文中另外明显指出，否则单数表达包括复数表达。在说明书中，应当理解，术语“包括”旨在表示存在说明书中所描述的特征、数量、步骤、动作、组件或部件或其组合，但是并不排除存在或添加一个或多个特征、数量、步骤、动作、组件、部件或其组合的可能性。
除非另外定义，否则包括技术和科学术语在内的所有术语均具有本领域技术人员通常理解的相同含义。通用术语(例如词典中定义的术语)应根据相关技术的上下文进行解释，除非在本文中明确定义，否则不应以理想或过度正式的含义进行解释。
在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。
图1示出了根据本发明示例性实施方式的用于选择性去除多晶硅的干洗方法。图2示出了根据本发明示例性实施方式的RF电源和气体供应定时。图3示出了根据本发明示例性实施方式的用于干洗的反应机理。图4示出了根据本发明示例性实施方式的用于选择性去除多晶硅的干洗装置。
参照图1至图4，根据本发明示例性实施方式的用于选择性去除多晶硅的干洗方法包括保护层形成步骤(S100)、多晶硅去除步骤(S200)和保护层去除步骤(S300)。
在描述根据本发明示例性实施方式的用于选择性去除多晶硅的干洗方法的具体构造之前，定义了含氟气体、含氢气体和惰性气体。例如，含氟气体可以是NF3，但本发明不限于此。例如，含氢气体可以包括H2、NH3或H2O，但本发明不限于此。例如，惰性气体可以包括N2、Ar或He，但本发明不限于此。
另外，基板40可以具有硅材料，并且必须在基板40上形成由氧化硅、氮化硅和多晶硅中的一种或多种组成的异质图案。
在保护层形成步骤(S100)中，将与氧化硅和氮化硅反应的等离子体态的含氟气体和非等离子体态的含氢气体供应至设置在腔室10中的卡盘20上的基板40，在基板40上形成有氧化硅、氮化硅和多晶硅，从而将氧化硅和氮化硅的表面改变为六氟硅酸铵((NH4)2SiF6)并形成保护层。
以下将描述保护层形成步骤(S100)的示例性配置。
首先，将基板40设置在腔室10中的卡盘20上。例如，可以通过未示出的传送装置将基板40传送到腔室10中的卡盘20上，并设置在其上。另外，可以加热基板40，并且为此，可以使用卡盘加热器30将其上设置有基板40的卡盘20控制为具有80至120℃的温度。由于设置了基板40与卡盘20接触，将基板加热到与卡盘20的加热温度相对应的温度。
随后，将含氟气体注入到等离子体产生区域中。例如，可以从腔室10的上部将含氟气体注入到等离子体产生区域中，并且为此，可以在腔室10的上部设置的RF电极60中包括第一供应孔62以提供用于注入含氟气体的路径。
随后，施加RF电源50以在等离子体产生区域中产生等离子体。例如，在腔室10中，等离子体产生区域可以介于下面将描述的设置在上部的RF电极60和设置在下部的喷头70之间，RF电源的正极可以电连接至RF电极60，并且其负极可以电连接至喷头70。当施加RF电源50时，注入到RF电极60和喷头70中的含氟气体通过等离子体反应将其自由基化，然后通过包括在喷头70中的第二供应孔72供应至基板40。
随后，将含氢气体未经等离子处理直接注入喷头70，并供应至基板40。例如，在等离子体产生区域下方设置的喷头70中，不仅第二供应孔72提供自由基化的含氟气体通过的路径，还可以包括提供注入含氢气体的路径的第三供应孔74，并且第二供应孔72和第三供应孔74可以构造为具有物理间隔的路径。
之后，等离子体处理的含氟气体和未经等离子体处理的含氢气体仅与形成在基板40上的氧化硅、氮化硅和多晶硅之中的氧化硅和氮化硅反应，从而生成作为反应产物的六氟硅酸铵。例如，六氟硅酸铵可以作为固体层生成，并且存在于基板40的表面上的氧化硅和氮化硅可以被六氟硅酸铵固体层代替。
将氧化硅转变为六氟硅酸铵的过程用化学方程式表示如下：
2NH4F(g)+4HF(g)+SiO2＝(NH4)2SiF6(g)+2H2O
例如，可以在保护层形成步骤(S100)和多晶硅去除步骤(S200)中连续地供应含氟气体和RF电源以形成等离子体态的含氟气体，并且可以仅在保护层形成步骤(S100)中以1至10秒的范围供应含氢气体。根据该构造，在选择性地蚀刻多晶硅的过程中，可以使得用作保护氧化硅和氮化硅的保护层的(NH4)2SiF6固体层的厚度最小化，并且优选地，将硅的供应时间(T1)设置为6秒或更短。
在多晶硅去除步骤(S200)中，停止供应含氢气体，并连续供应等离子体态的含氟气体，从而通过氟自由基选择性地去除多晶硅。
在保护层去除步骤(S300)中，通过退火去除由六氟硅酸铵制成的保护层。在该过程中，可以供应惰性气体，并且可以在整个处理时间内(即，在保护层形成步骤(S100)、多晶硅去除步骤(S200)和保护层去除步骤(S300)中)连续供应惰性气体。
通过退火蒸发去除六氟硅酸铵的过程用以下化学式表示：
(NH4)2SiF6(g)＝SiF4(g)+2NH3(g)+2HF(g)
例如，保护层形成步骤(S100)、多晶硅去除步骤(S200)和保护层去除步骤(S300)可以通过原位清洗方法在同一腔室中连续进行。
例如，在保护层去除步骤(S300)中，可以通过在阻塞等离子体的同时仅提供惰性气体来蒸发和去除由六氟硅酸铵制成的保护层。
例如，将卡盘20的温度控制为80至120℃，提供用于供应等离子体态的含氟气体和含氢气体的路径的喷头的加热温度为100至200℃，并且腔室的内侧壁的加热温度为80至100℃。
如图4所示，根据本发明的一个实施方式的用于选择性去除多晶硅的干洗装置包括腔室10、卡盘20、卡盘加热器30、RF电极60和喷头70。在图4中，在干洗装置中可以包括其他组件，但是应当注意，在图4中省略了与本发明的特征相关性低的组件。
用于描述该方法的以上描述也可以应用于描述装置，并且如果可能的话，省略重复的描述。
腔室10提供空间，在该空间中执行用于选择性去除形成在基板40上的氧化硅、氮化硅和多晶硅中的多晶硅的整个过程。
卡盘20是被包括在腔室10中并且在其上设置有待处理的基板40的组件。
卡盘加热器30是用于加热卡盘20的组件。
RF电极60设置在腔室10的上部中，施加用于产生等离子体的RF电源50，并且其中包括作为含氟气体或惰性气体的路径的第一供应孔62。
喷头70与RF电极60间隔开，从而创造介于其间的等离子体产生区域同时电连接到用于RF电源50的接地单元，并且包括第二供应孔72和与该第二供应孔72物理上分离的第三供应孔74。由于喷头70通过连接到用于RF电源50的接地单元而接地，因此，只有反应性自由基成分可以通过喷头70，同时尽可能地抑制注入到基板40中的离子成分。第二供应孔72提供用于将在等离子体产生区域中通过等离子体处理而自由基化的含氟气体供应至基板40的路径，并且与第二供应孔72物理分离的第三供应孔74提供用于将未用等离子体处理的含氢气体供应至基板40。第二供应孔72可以用作供应惰性气体的路径。
根据这样的构造，与由卡盘加热器30加热的卡盘20的加热温度相对应地加热基板40。
另外，通过RF电源50对通过第一供应孔62的至少含有NF3的含氟气体进行等离子体处理，并通过第二供应孔72供应至基板40，并且未经过等离子体处理的至少包含NH3的含氢气体通过第三供应孔74供应至基板40，使得氧化硅和氮化硅的表面变成六氟硅酸铵((NH4)2SiF6)，作为选择性蚀刻多晶硅的过程中的保护层。
在此，根据本发明示例性实施方式的用于选择性去除多晶硅的干洗装置，在保护层形成步骤中，可以将与氧化硅和氮化硅反应的等离子体态的含氟气体通过第一供应孔62和第二供应孔72提供至基板40，并且可以通过第三供应孔74将非等离子体态的含氢气体提供至基板40，以将氧化硅和氮化硅的表面改变为六氟硅酸铵((NH4)2SiF6)，从而形成保护层；在多晶硅去除步骤中，可以停止提供含氢气体，并且可以连续地提供等离子体态的含氟气体，以通过氟自由基选择性地去除多晶硅。在保护层去除步骤中，可以通过退火蒸发去除由六氟硅酸铵制成的保护层。
例如，可以在保护层形成步骤和多晶硅去除步骤中连续地供应含氟气体和RF电源50以形成等离子体态的含氟气体，并且可以仅在保护层形成步骤中以1至10秒的范围供应含氢气体。根据这种构造，在选择性地蚀刻多晶硅的步骤中，可以使得用作保护层以保护氧化硅和氮化硅的(NH4)2SiF6固体层的厚度最小，并且优选地，含氢气体的供应时间(T1)可以为6秒或更短。
将氧化硅转变为六氟硅酸铵的过程用化学方程式表示如下：
2NH4F(g)+4HF(g)+SiO2＝(NH4)2SiF6(g)+2H2O
通过退火蒸发除去六氟硅酸铵的过程用化学方程式表示如下：
(NH4)2SiF6(g)＝SiF4(g)+2NH3(g)+2HF(g)
例如，保护层形成步骤、多晶硅去除步骤和保护层去除步骤可以通过原位清洗方法在同一腔室中连续进行。
例如，将卡盘20的温度控制为80至120℃，提供用于供应等离子体态的含氟气体和含氢气体的路径的喷头的加热温度为100至200℃，并且腔室的内侧壁的加热温度为80至100℃。
如以上详细描述的，根据本发明，可以将在基板上形成的氮化硅和氧化硅的表面改变为六氟硅酸铵((NH4)2SiF6)固体层，并且六氟硅酸铵固体层可以用作保护层以选择性蚀刻多晶硅。
[附图标记的说明]
10：腔室
20：卡盘
30：卡盘加热器
40：基板
50：射频电源
60：射频电极
62：第一供应孔
70：喷头
72：第二供应孔
74：第三供应孔
S100：保护层形成步骤
S200：多晶硅去除步骤
S300：保护层去除步骤

Claims (14)

1.一种用于选择性去除多晶硅的干洗方法，包括：
保护层形成步骤，用于将与氧化硅和氮化硅反应的等离子体态的含氟气体和非等离子体态的含氢气体供应至设置在腔室内的卡盘上的基板，所述基板具有在其上形成的氧化硅、氮化硅和多晶硅，从而将氧化硅和氮化硅的表面改变为六氟硅酸铵((NH4)2SiF6)并形成保护层；
多晶硅去除步骤，用于停止供应含氢气体并连续地供应等离子体态的含氟气体，从而通过氟自由基选择性去除多晶硅；以及
保护层去除步骤，用于通过退火去除由六氟硅酸铵制成的保护层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述保护层形成步骤和所述多晶硅去除步骤中连续地供应含氟气体和RF电源以形成等离子体态的含氟气体，并且
仅在所述保护层形成步骤中供应含氢气体。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述含氢气体的供应时间为1秒至10秒。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述保护层形成步骤、所述多晶硅去除步骤和所述保护层去除步骤通过原位清洗方法在同一腔室中连续进行。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述保护层去除步骤中，
仅提供惰性气体，同时阻塞等离子体，从而通过蒸发去除由六氟硅酸铵制成的保护层。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述卡盘的温度控制为80至120℃，提供用于供应所述等离子体态的含氟气体和所述含氢气体的路径的喷头的加热温度为100至200℃，并且所述腔室的内侧壁的加热温度为80至100℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含氢气体包括H2、NH3或H2O。
8.一种用于选择性去除多晶硅的干洗装置，包括：
卡盘，其包括在腔室中，并且在其上设置有基板，在所述基板上形成有氧化硅、氮化硅和多晶硅；
卡盘加热器，用于加热所述卡盘；
RF电极，其上施加有用于产生等离子体的RF电源，并且包括提供用于供应含氟气体的路径的第一供应孔；和
喷头，与所述RF电极间隔开，从而在其间形成等离子产生区域，同时连接至用于RF电源的接地单元，并且包括提供用于向基板供应经等离子体处理的含氟气体的路径的第二供应孔，以及提供用于向基板供应含氢气体的路径并且与所述第二供应孔物理分离的第三供应孔；
其中，在保护层形成步骤中，通过所述第一供应孔和所述第二供应孔将与所述氧化硅和所述氮化硅反应的等离子体态的含氟气体供应至所述基板，并通过所述第三供应孔将非等离子体态的含氢气体供应至所述基板，从而将所述氧化硅和所述氮化硅的表面改变为六氟硅酸铵((NH4)2SiF6)并形成保护层，
在多晶硅去除步骤中，停止供应含氢气体，并连续供应等离子体态的含氟气体，从而通过氟自由基选择性去除多晶硅，并且
在保护层去除步骤中，通过退火去除由六氟硅酸铵制成的保护层。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，在所述保护层形成步骤和所述多晶硅去除步骤中，连续地供应含氟气体和RF电源以形成等离子体态的含氟气体，并且
仅在所述保护层形成步骤中供应含氢气体。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述含氢气体的供应时间为1至10秒。
11.根据权利要求8所述的装置，其中，所述保护层形成步骤、所述多晶硅去除步骤和所述保护层去除步骤通过原位清洗方法在同一腔室中连续进行。
12.根据权利要求8所述的装置，其中，在所述保护层去除步骤中，
仅提供惰性气体，同时阻塞等离子体，从而通过蒸发去除由六氟硅酸铵制成的保护层。
13.根据权利要求8所述的装置，其中，将所述卡盘的温度控制为80至120℃，所述喷头的加热温度为100至200℃，并且所述腔室的内侧壁的加热温度为80至100℃。
14.根据权利要求8所述的装置，其中，所述含氢气体是H2、NH3或H2O。
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