KR100354053B1 - 불순물 처리장치 및 불순물 처리장치 세정방법 - Google Patents

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Abstract

인이나 보론 따위의 불순물을 반도체 기판 상에 도핑하거나, PSG(Phospho-
SilicateGlass) 막, BSG(BoroSilicateGlass) 막, 또는 BPSG(BoroPhosphoSilicate- Glass) 막이나 탄소 막 등응 형성하는 불순물 처리 장치에 관한 발명이다. 이 구조는, 처리실(11)이, 불순물 함유 가스 공급 부(102B)에 접속돼 있는 불순물 함유 가스의 도입구, 불순물 함유 가스를 이용하여 이온 주입 또는 도핑하거나 막을 형성하는 처리할 층을 지지하는 기판 홀더(12b), 불순물 함유 가스의 흐름방향에 따라 기판 홀더(12b)의 상류에 마련돼 흡수 가스 공급 부(102C)에 접속된 흡수 가스의 도입구 및, 흡수 가스의 도입구로부터 기판 홀더까지의 공간에 마련돼 흡수 가스를 플라즈마화하는 제 1의 플라즈마 발생 수단(12a, 12b, 6)으로 이루져 있음을 특징으로 한다.

Description

불순물 처리장치 및 불순물 처리장치 세정방법 {IMPURITY PROCESSING APPARATUS AND METHOD FOR CLEANING IMPURITY PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 인, 보론 등의 불순물을 반도체 기판 및 기타 유사한 것 상에 도프하거나, 또는 PSG(PhosphoSilicateGlass) 막, BSG(BoroSilicateGlass) 막, 또는 BPSG(BoroPhosp-hoSilicateGlass) 막이나, 탄소막을 형성하는 불순물 처리장치 및 불순물 처리장치의 세정방법에 관한 것이다.
근래, 초고집적의 반도체 집적회로 장치를 제조함에 있어서, 반도체 기판에 p형 또는 n형 불순물 영역을 형성하는 경우에나, 또는 중성자 광선 흡수에 이용하기 위하여 무정형 보론 피막이나 무정형 탄소 피막을 형성하는 경우에는, 이온 주입법이나, 평행 판 형 전극, ECR(전자 시틀로트론 공명)을 야기하는 마이크로웨이브(μ waves) 용 도파관, 또는 헬리콘플라즈마를 발생시키는 전력 방사 안테나 따위의 플라즈마 발생 수단 등을 이용하는 플라즈마 도핑 법, 또는 상기 플라즈마 발생 수단에 의하여 플라즈마화되는 불순물 함유 피막 형성 가스를 이용하는 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition) 법 등이 잘 알려지고 있다.
도 1은 선행기술에 따른 플라즈마 도핑 장치(101)의 구조를 보이는 측면도이다.
도 1에 보인 바와 같이, 이 플라즈마 도핑 장치(101)는 플라즈마 가스에 의하여 기판(51) 상에 불순물을 도핑하는 플라즈마 처리 부(101A)와; 도핑 가스 원을 가진 도핑 가스 공급부(101B)로 이루어져 있으며, 플라즈마 처리 부(101A)의 플라즈마 발생 원으로서는 평행 판 형 전극을 사용하고 있다.
플라즈마 처리 부(101A)는, 도 1에 보인 바와 같이, 도핑 가스를 플라즈마화하며 그의 사용으로 기판(51)을 토핑하여 감압할 수 있는 처리실(1)을 가지고 있다.
처리실(1)은 도입/배출 배관(8a)을 통해 배기장치(6)에 접속돼 있다. 처리실(1) 내에는 한쌍의 상측 전극(2a)과 하측 전극(2b)이 상호 대향 마련돼 있으며, 이들 전극 간에는 DC(직류), AC(교류 (주파수 50Hz 또는 60Hz)), LF(저주파 (주파수 100 내지 800 kHz)) 또는 RF(고주파 (주파수 1 내지 25 MHz))의 전원(5)로부터 전력이 공급되어, 토핑 가스를 플라즈마화한다. 상측 전극(2a), 하측 전극(2b) 및 전원(5)은 포핑 가스를 플라즈마화하기 위한 플라즈마 발생수 단을 구성한다.
상측 전극(2a)은, 도핑 가스의 분산 부재인 동시에 도핑 가스의 토출구(3)가 마련돼 있다. 도핑 가스의 토출구(3)는 배관(8b)를 경유하여 도핑 가스 공급 부(101B)에 접속돼 있다.
하측 전극(2b)은 기판(51)의 보지 베이스의 역할을 하며, 하측 전극(2b)의 하측에는 기판(51)을 가열하기 위한 히터(4)가 마련돼 있다.
도핑 가스를 공급하기 위한 가스 용기(7)가 도핑 가스 공급 부(101B)에 설치돼 있다. 도핑 가스는 이들 가스 용기로부터 배관(8c, 8d, 8b)을 통하여 플라즈마 처리 부(101A)의 처리실(1)에 공급된다.
이 플라즈마 도핑 장치에 있어서는, 장시간에 걸쳐 반복적으로 사용하면, 도핑할 요소를 함유하는 가스의 분해 산물이 처리실(1)의 격벽 표면의 내벽 및 글로 방전을 발생시키기 위한 전극(2a, 2b)의 표면들에 점착한다. 그러한 상황은 이온 주입 장치나 플라즈마 CVD 장치에서도 마찬가지이다.
글로 방전을 발생시키기 위한 전극(2a, 2b)의 표면에 절연 분해 산물이 축적하면, 전하가 생기어 글로 방전을 불안정화하게 된다. 더구나, ECR을 사용하는 장치에 있어서는, 플라즈마 발생실 내로 μ 파를 도입하기 위한 창의 유리표면이 더럽혀지며, 플라즈마 발생실의 내벽에 조차도 분해 산물이 축적하여 플라즈마 발생효율을 저하시키게 된다.
그러한 상태가 계속하면, 방전이 불안정하여 그 것을 이용하기 어렵게 된다. 최악의 경우에는, 방전이 정지하여 사용할수가 없다.
게다가, 약한 p형 또는 n형을 도핑하는 경우에는, 처리실의 내벽에 점착하는 도핑 불순물 함유 분해 산물이 스퍼터되어 반도체 기판에 점착하게 돼, 저밀도 도핑을 실행하기 어렵게 된다. 그래서, 탁월한 재현성의 도핑을 위하여서는, 처리실의 내벽에 점착되는 분해 산물의 제거가 필요하다.
보통, 상기 처리 장치의 처리실의 내부를 세정하는 하기의 방법들이 두루 알려지고 있다:
(ⅰ) 아르곤이나 수소 따위의 가스중에서 적어도 한시간 동안 글로 방전하는 방법. 게다가, 이온 착상 장치의 이온 원 하우징의 내벽을 깨끗이 하는 방법으로서는, 수소 또는 알킬기의 물질을 이용하는 방법이 예를 들어, 일본 특개평 3-64462에 개시돼 있다.
(ⅱ) 장치를 분해하여 각 부품을, 예를 들어 과산화수소 용액과 암모니아 수의 혼합물에 담근 다음, 오염물질을 샌드페이퍼나 와이어 브러시를 사용하여 밀어버리어, 장치를 깨끗이 한 후에, 재조립하여 사용하는 방법이 또한 알려져 있다.
(ⅲ) 이온 착상 장치의 이온 빔의 통과경로를 개끗이 하는 방법으로서는,O2, O3따위의 산소함유 가스 또는 CF4, C2F6, NF3따위의 할로겐 불화 가스의 글로 방전에 의해, 내벽에 점착하는 반응 산물을 가스화하여 깨끗이하는 방법이 예를 들어 일본 특개평 4-112441에 개시돼 있다. 게다가, ClF3따위의 할로겐 불화 가스를 사용하는 예가, 예를 들어, 일본 특개평 8-162433에 개시돼 있다.
그러나, 불순물 처리 장치를 세정하는 종래의 방법에는 다음과 같은 결점이 있다. 즉,
(ⅰ) 아르곤이나 수소 따위의 가스중에서 글로 방전하는 방법에는 다음의 결점이 있다. 즉, 아르곤의 경우에는, 실리컨 기판의 표면에 점착된 불순물 층은 제거되지만 실리컨 기판의 표면의 제거시에는, 이들 불순물 원자들이 활동적인 노크온 효과로 인해 실리컨 기판 내로 침입한다. 더구나, 반응장치의 내벽의 원료가 실리컨 기판의 표면에 점착하게 튀겨져 기판 내로 침입하여, 장치 특성에 역영향을 미칠수가 있다.
수소의 경우에는, 예를 들어, 보론이 주 성분의 점착성 물질인 때는 보론과 수소의 반응생성물이 발생하여, 반응실이 외기에 개방되는 경우, 디보란 냄새가 강하게 표류하여서 인간의 건강에 바람직하지 못하다. 또한, 글로 방전을 약 한시간 계속하면, 실리컨 기판에는 거칠음(roughness)이 생긴다. 더구나, 점착성 물질이 아르곤이나 수소중에서 부분적으로 제거되기 시작하면, 방전이 그 부분에 집중하여 장치의 내벽, 전극표면 및 실리컨 기판의 표면에 거칠음이 생긴다. 타의 가스들에 있어서, 헬륨중에서는 점착성 물질이 거의 제거되지 않기 때문에, 쓸모가없다.
(ⅱ) 장치를 분해하여 화학약품으로 화학적으로, 또는 와이어 브러시 등으로 기계적으로 세정하는 방법에 있어서는, 조립 후의 약간의 조정이나 진공의 회복에 많은 노력과 시간을 필요로 한다. 더구나, 도핑하는 불순물 요소가 사람의 신체에 부착하거나 발산되어서 건강에 불편한 점이 많다.
(ⅲ) 내벽 등에 점착되는 반응 생성물을 CIF3, CF4, C2F6기타의 할로겐 불화물 가스의 그로 방전으로 기체화하여 세정하는 방법에 있어서는, Cl 또는 F의 분해 생성물이 발생하여 화학약품 취급에 충분한 주의가 필요하고 배출가스 등의 무해화 처리를 위한 공해 대책에 비용이 많이 든다. 타의 가스, 예를 들어, 산소중에서는 점착성 물질이 거의 제거되지 않기 때문에 쓸모가 없다.
본 발명의 목적은, 장치의 운전성의 감소에 있어서나 장치를 세정하는 데 대한 건강에 문제가 없으며, 장치를 간단히 세정할 수 있는 불순물 처리장치; 및 불순물 처리장치의 세정방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 불순물 처리장치에 있어서는, 보론, 인, 비소, 갈륨, 알루미늄, 게르마늄 및 탄소로 이루어지는 군으로부터 선택된 어떤 일 원소 단체를 함유하는 가스, 또는 그 원소들로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 원소 단체를 함유하는 화합물 등을 함유하는 가스를 불순물 함유 가스로서 이용한다. 보론(B)을 함유하는 화합물로서는 디보란(B2H6), 3불화 붕소(BF3) 등이 있고, 인(P)을 함유하는 화합물로서는 포스핀(PH3) 등이 있고, 비소(As)를 함유하는 화합물로서는 아르신(AsH3) 등이 있고, 갈륨(G)을 함유하는 화합물로서는 트리메틸갈륨(TMG) 등이 있고, 알루미늄(Al)을 함유하는 화합물로서는 트리메틸알루미늄(TMAl) 등이 있고, 게르마늄(Ge)을 함유하는 화합물로서는 게르만(GeH4), 4불화게르마늄(GeF4) 등이 있으며, 탄소(C)를 함유하는 화합물로서는 메탄(CH4) 등이 있다. 실제로, 불순물 함유 가스를 사용하기 때문에, 단체 또는 화합물의 가스는 수소(H) 또는 헬륨(He)에 의해 희석된다.
그러한 가스들을 이용하여 이온 주입, 도핑, 또는 성막을 행하는 경우에는, 예를 들어, 디보란의 경우에는, 보론을 함유하는 부산물이 반응실의 내벽이나 실리컨 표면에 부착한다.
선행기술에서는, 이 부산물을 제거하는 세정 가스로서 수소 또는 할로겐 불화물 가스를 사용하여 왔다. 그와는 달리, 본 발명은 부산물을 제거하기 위해 수증기(물의 증발 가스)의 플라즈마나 흡수 캐리어 가스를 사용한다는 점에 특징이 있다. 수증기의 플라즈마를 사용하면, 수소를 사용하는 경우에 비해 그 부산물이 약 1/10의 글로 방전 주기 시간에 제거된다. 또한, 실리컨의 거울표면에 거칠음이 야기되지 않기 때문에, 거울표면 상태를 여전히 보지한다.
수증기 등을 사용하는 경우, 수소 등을 사용하는 경우보다 제거율이 10 배 이상 높은 이유로서는 다음의 것들이 생각된다.
물은 분해되는 때,
H2O → H++ OH-
와 같이 H+와 OH-로 분리된다. 도핑 처리후 부착된 불순물이 이들 H+및 OH-와 반응하여 각각 BH, PH, AsH, SbH 등등의 형태로 증발되어 처리실의 내벽에서 제거된다. 실제로, 수증기중에서의 글로 방전 중에 플라즈마 광 스펙트럼이 관찰되는 때는, H에 더하여 OH를 알게 되며 동시에 BH, PH 등이 인정된다. 그러한 시험 결과를 생각할 때, OH가 발생하면, 도핑 처리후 처리실의 내벽에 부착되는 불순물 함유 산물로부터 그 불순물의 수소화물로 만들게 조장한다고 생각된다.
도 1은 종래의 불순물 처리장치의 구조를 보이는 측면도이다.
도 2는 본 발병의 제 1의 실시양태에 따른 불순물 처리장치의 구조를 보이는 측면도이다.
도 3은 도 2의 흡수 가스 공급 부의 또 다른 구조를 보이는 측면도이다.
도 4는 불순물 함유 가스로 막을 형성한 다음 도 2의 불순물 처리장치를 이하여 세정하는 방법을 보이는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 2의 실시양태에 따른 불순물 처리장치의 구조를 보이는 측면도이다.
도 6은 본 발명의 제 3의 실시양태에 따른 이온 주입 장치의 구조를 보이는 측면도이다. 그리고
도 7은 본 발명의 제 4의 실시양태에 따른 불순물 처리장치의 구조를 보이는 측면도이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 각종 실시양태를 설명한다.
[제 1의 실시양태]
도 2는 본 발명의 제 1의 실시양태에 따른 플라즈마 도핑 장치(불순물 처리장치)(102)의 구조를 보이는 측면도이다.
이 플라즈마 도핑 장치(102)는 처리할 기판(52)에 플라즈마 가스로 불순물을 도핑하는 플라즈마 처리 부(102A); 도핑 가스(불순물 함유 가스) 발생 원을 가진 도핑 가스 공급 부(불순물 함류 가스 공급 부)(102B); 및 세정 흡수 가스를 발생시키기 위한 흡수 가스 공급 부(102C)로 이루어져 있으며, 평행 판 형 전극을 플라즈마 처리 부(102A)의 플라즈마 발생 수단으로 이용한다.
도 2에 보인 바와 같이, 플라즈마 처리 부(102A)는 도핑 가스를 플라즈마화하고 그의 사용으로 기판(52)을 도핑하며 감압할 수 있는 처리실(11)을 가지고 있다.
처리실(11)은 도입/배기 배관(23a)을 통해 배기 장치(17)에 접속돼 있다. 처리실(11)과 배기 장치(17)의 사이의 배관(23a)의 중간에는 연락/비연락을 제어하는 개/폐 밸브(24a)가 마련돼 있다. 처리실(11)의 내부의 압력을 감시하는 진공 게이지 따위의 압력 감시 수단(18)이 마련돼 있다.
상호에 대향하는 한쌍의 상측 전극(12a)과 하측 전극(12b)이 처리실 내에 마련돼 있어, 이들 전극(12a, 12b) 간에 DC(직류), AC(교류: 주파수50 Hz Ehsms 60 Hz), LF(저주파: 주파수 100 내지 800 kHz) 또는 RF(무선주파: 주파수 1 내지 25 MHz)의 전원(16)으로부터 전력이 공급되어, 도핑 가스(또는 흡수 가스)를 플라즈마화한다. 상측 전극(12a), 하측 전극(12b) 및 전력 공급장치(16)는 도핑 가스를 플라즈마화하는 제 2의 플라즈마 발생 수단을 구성하며, 또한 흡수 가스를 플라즈마화하는 제 1의 플라즈마 발생 수단도 구성한다.
상측 전극(12a)은 불순물 함유 가스의 분산 부재로서 겸용되고 있다. 복수의 관통공이 상측 전극에 형성돼 있으며 하측 전극에 마주하는 면 상의 그 관통공이 도핑 가스 또는 흡수 가스의 배출부(유도부)로서 설치돼 있다. 도핑 가스에 대한 이 배출부(13)는 배관(23b)을 경유하여 도핑 가스 공급 부(102B)와 흡수 가스 공급 부(102C)에 접속돼 있다.
하측 전극(12b)은 기판(52)의 홀더로서 또한 작용하며, 하측 전극(12b)의 하측에는 기판을 가열하는 히터(14)가 마련돼 있다. 히터(14)는 전원(15)으로부터의 전력의 공급에 의하여 열을 발생한다.
도핑 가스 공급 부(102B)에는 디보란(B2H6), 포스핀(PH3) 따위의 도핑 가스를 수용하는 가스 용기(19)가 설치돼 있다. 도핑 가스는 배관들(23c, 23d, 23b)을 통해 이들 가스 용기(19)로부터 플라즈마 처리 부(102A)의 처리실(11)에 공급된다. 도 2에서는 둘의 가스 용기(19)가 그에 접속돼 있으나, 또 다른 도핑 가스가 필요한 경우에는 더 증가될 수 있다. 각 가스 용기(19)로부터 연장되는 배관들(23c, 23d)의 중도에는 유량 조정수단, 개/폐 수단 기타를 포함하는 가스 제어수단(24b, 24c))이 설치돼 있다.
흡수 가스 공급 부(102C)는 수증기를 만드는 흡수 가스 제조장치를 가지고 있다. 그 장치는 물을 수용하는 물 용기(20), 물(22)을 가열하는 히터(21), 및 수증기를 인도하는 배관(23e)으로 이루어져 있다. 배관(23e)은, 상기에 기술한 바와 같이, 처리실(11)에 연결돼 있다. 각각의 배관(23e, 23f)의 중도에는 유량 조정수단, 개/폐 수단 기타를 함유하는 가스 제어수단(24d, 24e)이 각각 설치돼 있다.
첨언하면, 흡수 가스 공급 부(102C)의 구조로서는 또 다른 구조가 가능하다. 예를 들어, 도 3은 도 2의 흡수 가스 공급 부(102C)의 또 다른 구조를 보이는 측면도이다. 도 3에 보인 바와 같이, 캐리어 가스를 안내하는 배관(23f)이 물 용기(20)의 물(22) 안으로 설치돼 있어서 그 물이 캐리어 가스에 포함될 수 있다. 캐리어 가스로서는 수소(H2), 아르곤(Ar) 등을 사용할 수 있다. 또, 물을 가열함에 의하여 발생한 수증기가 수소(H2) 가스나 아르곤(Ar) 가스와 혼합됨에 따라, 이구조는 흡수 가스를 발생시킬 수 있다.
상기에 설명한 플라즈마 도핑 장치는, 통상의 플라즈마 도핑에 필요한 구조에 더하여, 도핑 가스의 흐름방향에 따라 기판 홀더(12b)의 상류에 마련된, 흡수 가스의 배출구(13)와; 흡수 가스의 배출구(13)로부터 기판 홀더(12b)까지의 공간에 마련된, 흡수 가스를 플라즈마화하는 제 1의 플라즈마 발생 수단(12a, 12b)을 함유한다.
첨언하면, 제 1의 실시양태의 경우에는, 흡수 가스의 배출구(13)가 제 1의 플라즈마 발생 수단(12a, 12b, 16)의 최상류에 마련돼 있어, 흡수 가스가 그로부터 도입되면, 그 것을 효과적으로 플라즈마화할 수 있다. 또한, 기판 홀더(12b)가 제 1의 플라즈마 발생 수단(12a, 12b, 16)의 최하류에 마련돼 있어 플라즈마 가스가 기판에 효과적으로 도달한다. 그러한 경우조차도 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
따라서, 플라즈마 도핑 완료 후, 비록 부산물 또는 잔류물 함유 불순물이 처리실(11)에 존재할지라도, 도핑 가스의 흐름경로에 흡수 가스의 플라즈마를 발생시는 것이 가능하다. 흡수 가스의 플라즈마에 있어서의 수소(H) 또는 수산기(OH)는 불순물 함유 가스중에서 불순물과 수소화물을 형성한다. 더구나, 수산기(OH)가 반응을 조장하여 불순물을 함유하는 부산물이나 잔류물을 선행기술보다 짧은 시간에 처리실(11)의 내부에서 제거하는 것이 가능한 것으로 생각된다.
다음은, 상기 플라즈마 도핑 장치(102)의 사용으로 기판(52)을 플라즈마처리하며 계속하여 플라즈마 도핑 장치(102)의 내부를 세정하는 방법.
결과를 실험적으로 용이하게 확인할 수 있도록 하기 위하여, 도 4A 내지 4C에 보인 단계들에 따라 실험을 행하였다. 이 경우에 있어서는 플라즈마 도핑 장치(102)를 성막장치로 사용한다. 다음, 보론 또는 탄소를 함유하는 불순물 함유 가스를 성막 가스로 사용하여 무정형 보론 막 또는 무정형 탄소 막(112)를 형성한다.
우선, 도 4A에 보인 바와 같이, 도 2에 보인 처리실(11)의 하측 전극(12b)에 실리컨 기판(처리할 층)(52)을 올려 놓는다. 이어서, 불순물 함유 가스를 처리실(11)에 공급하여 처리실(11) 내 압력을 약 1 Torr 로 유지한다. 이 경우에 있어서는, 무정형 보론 막(111)을 형성하는 때에는, 수소나 헤륨으로 약 1000 ppm에 희석한 디보란(B2H6)을 불순물 함유 가스로 사용하거나, 수소나 헤륨으로 약 1000 ppm에 희석한 메탄(CH4)을 가스로 사용한다.
다음, 상측 전극(12a)과 하측 전극(12b) 간에 DC, AC, LF 또는 RF 전원(16)으로부터 전력을 공급하여 상측 전극(12a)과 하측 전극(12b) 간의 불순물 함유 가스에 적용한다. 따라서, 불순물 함유 가스가 플라즈마화되고 실리컨 기판(52)의 표면이 이 플라즈마에 노출된다. 일정한 주기의 시간 후에는, 두께 약 1 ㎛ 의 무정형 보론 막 또는 무정형 탄소 막(111)이 실리컨 기판(52) 상에 형성된다. 이 것을 세정 샘플로 사용한다.
다음, 도 4B에 보인 바와 같이, 불순물 함유 가스를 정지하고 처리실(11) 내의 압력을 약 10-3Torr 에 설정한 후, 처리실(11) 내로 수증기를 도입하여 압력을 1 Torr에 유지한다. 계속하여. DC, AC, LF 또는 RF 전원(16)으로부터 전력을 공급하여 상측 전극(12a)과 하측 전극(12b) 간의 수증기에 적용하여서 글로 방전을 일으킨다. DC의 경우에는 방전 전압을 약 500 V에 설정하고, AC의 경우에는 방전 전압을 약 400 V에 설정하며, LF와 RF 의 경우에는 적용 전력을 100 내지 1000 W 에 설정한다. 따라서. 처리실(11)의 수증기가 플라즈마화하며 무정형 보론 막 또는 무정형 탄소 막(111)이 이 플라즈마에 노출된다.
이 상태를 일정한 주기의 시간 유지하면, 도 4C에 보인 바와 같이, 무정형 보론 막 또는 무정형 탄소 막(111)은 제거된다.
실험 결과에 의하면, DC (방전전압 590 V, 방전전류 0.27 A,(대체로 160 W에 상당), AC (방전전압 540 V, 방전전류 0.3 A,(대체로 160 W에 상당), 또는 LF와 RF의 경우에는, 막 두께 0.3 내지 1 ㎛ 의 무정형 보론 막 또는 무정형 타소 막(111)이 약 10 내지 20 분 동안에 얼추 완전하게 제거된다. 또한, 실리컨 기판(52)의 표면은 거울표면 상태를 유지하였다. 수소나 아르곤을 세정 가스로 사용한 경우에서 나타난 바와 같은 표면상의 거칠음은 관찰되지 않았다.
전술한 실험 결과의 견지에서, 처리실(11)의 내벽 또는 전극(12a, 12b)의 표면에 부착한 부산물을 수증기의 플라즈마 처리에 의해 제거하는 것이 가능하다는 것이 인정된다. 실제로, 위와 같은 방전조건하에서 실험을 하는 때에는. 1 내지 수 시간의 짧은 주기에 막 두께 5,6 ㎛의 부산물 조차도 제거하는 것이 가능하다. 특히, 이는 내벽 등에 부착한 부산물의 막질의 거칠음과 다공질에 기인하는 것으로 생각된다.
첨언하면, 포스핀 등과 같은 인 화합물이 불순물 함유 가스로 이용되는 경우에는, 성막에 의한 실험은 인의 박막이 형성되지 않기 때문에 행하지 않았으나, 포스핀 등의 플라즈마에 의하여 처리한 후에는 처리실(11)의 내부를 위와 같은 조건하에서 수증기의 플라즈마에 의하여 처리한다. 이때, 비록 처리실(11)이 열리어도, 인 화합물의 악취는 일어나지 않았다. 게다가, 처리실(11)의 내부에 있어서 가스가 PID(Photo Ionization Detector)에 의해 검출되었으나, PH3는 검출되지 않았다.
상기의 설명과 같이, 본 발명의 제 1의 실시양태에 의하면, 보론, 탄소 또는 인의 플라즈마 처리를 행한 후에, 수증기 또는 흡수 가스의 플라즈마 처리를 행함으로써, 처리실(11)에 발생한 부산물이나 인 함유 잔류물을 보론, 탄소 또는 인의 플라즈마 처리에 의해 장치의 내벽을 손상시킴이 없이 짧은 주기의 시간 동안에 처리실(11)의 내부로부터 제거하는 것이 가능하다.
첨언하면, 상기의 설명에서는 보론, 탄소 및 인의 화합물을 불순물로 사용하지만, 그들의 단체를 사용하여도 좋다. 또한, 보론의 화합물로서 디보란(B2H6)을 사용하나, 타의 화합물, 예를 들어, 3불화붕소와 타의 화합물들을 또한 사용할 수 있다.
더구나, 타의 불순물, 예를 들어 비소, 갈륨, 알루미늄이나 갈륨 단체 또는 그 단체를 함유하는 화합물을 이용할 수 있다. 아르신(AsH3)은 비소의 화합물로서의 전형이고 트리메틸갈륨(TMG)은 갈륨의 화합물로서의 전형이며, 알루미늄의 화합물의 경우에는 트리메틸알루미늄(TMAl)이 전형적이며, 또 게르마늄의 경우에 있어서는 게르만(GeH4) 또는 4불화 게르마늄(GeF4)이 전혁적이다.
또한, 처리실(11)의 격벽이 알루미늄으로 형성되는 때에는, 부산물이 위의 설명과 같이 수증기에 의해서만 제거되면, 처리실(11)의 내벽이나 전극의 표면에 알루미나 막이 형성되기 때문에, 전하에 기인하는 방전이 일어나기 쉽다. 이때는, 수증기를 수소나 아르곤 가스와 혼합한다. 이 경우에는, 수소나 아르곤 가스를 용적비 약 50% 로 수증기에 첨가하는 것이 바람직하다. 대신, 수소나 아르곤 가스를 거품일게 물에 불어 넣어 수소나 아르곤 가스 흡수의 사용에 의하여 위에 설명한 조건하에서 글로 방전을 야기시킨다. 수소나 아르곤 가스를 그에 첨가함에 의하여 알루미나 막이 형성되지 않기 때문에, 안전한 방전을 획득할 수 있다.
[제 2의 실시양태]
도 5는, 본 발명의 제 2의 실시양태에 따른 플라즈마 도핑 장치(불순물 처리 장치)(103)의 구조를 보이는 측면도이다. 흡수 가스 공급 부(103C)의 상세한 구조는 도 2에 있어서와 같기 때문에 설명을 생략한다.
도 5는 ECR(전자 사이클로트론 공명)에 의한 플라즈마 발생 수단을 가진 플라즈마 도핑 장치(불순물 처리 장치)이며, 도 5는 플라즈마 발생 부(31)가 플라즈마 처리 부(32)와 구별돼 있고 마이크로웨이브(수파수 2,45 GHz)가 플라즈마 발생 수단으로 사용된다는 점에서 도 2와는 다르다. 첨언하면, 이 경우에서 조차도 플라즈마 도핑 장치(103)를 성막 장치로 사용할 수 있다.
이하, 제 2의 실시양태에 따른 장치 구조를 도 5를 참조하여 설명한다.
도 2의 장치 구조와 유사하게, 제 2의 실시양태에 따른 장치 구조는 플라즈마 처리 부(103A); 불순물 함유 가스 공급 부(103B); 및 흡수 가스 공급 부(103C)로 이루어져 있다. 불순물 함유 가스 공급 부(103B)와 흠수 가스 공급 부(103C)는 도 2에 있어서와 같은 구조를 가지고 있어 설명을 생략한다. 아울러, 도 5의, 도 2의 것들과 같거나 유사한 참조수자는 도 2에 있어서와 같은 구성요소나 부품을 나타내기 때문에, 특히 필요하지 않으면 설명을 생략한다.
플라즈마 처리 부(103A)는 플라즈마 발생 부(31)와 플라즈마 처리 부(32)로 이루어져 있으며 격벽에 의해 외부 유닛으로부터 격리돼 있다.
불순물 함유 가스 공급 부(103B)와 흠수 가스 공급 부(103C)로부터 이어지는 배관(23b)이 플라즈마 발생 부(31)의 최상류 부에 접속돼 있어, 불순물 함유 가스 또는 흡수 가스는 당연히 그 안으로 공급된다. 게다가, 최상류는 유리판(35)을 경유하여 마이크로웨이브의 웨이브 가이드(35)에 접속돼 있으며, 2,45 GHz의 마이크로웨이브 전력이 전원(36)으로부터 플라즈마 발생 부(31)에 도입된다. 또, 자장을 발생하는 코일(37)이 플라즈마 발생 부(31)의 격벽의 외주에 마련돼 있어 마이크로웨이브 전력과 자장에 의하여 전자 사이클로트론 공명을 야가하여 플라즈마화할 불순물 함유 가스나 흡수 가스에 전력을 더하게 된다.
플라즈마 처리 부(32)는 기판 홀더(33)을 함유하며 플라즈마 처리 부(32)를 에워싸고 있는 격벼과 기판 홀더(33) 간에는 전원(38)이 접속돼 있어 그들 간에 전압을 적용할 수 있다. 이 전압은 기판 홀더에 음전압으로 편향하므로 이온들을 가속하게 적합돼 있다.
상기 설명과 같이, 제 2의 실시양태에 따른 플라즈마 도핑 장치(103)는 표준 플라즈마 도핑에 필요한 구조 뿐 아니라 흡수 가스 공급 부(103C); 게다가 불순물 함유 가스의 흐름방향에 따라 기판 홀더(33)의 상류에 마련돼 있는 흡수 가스의 도입구와; 흡수 가스의 도입구로부터 기판 홀더(33)까지의 공간에 마련돼 흡수 가스를 플라즈마화하는 제 1의 플라즈마 발생 수단을 또한 함유한다.
즉, 플라즈마 발생 수단(31)은 플라즈마 처리 부(32)와 격리돼 있으나, 제 2의 실시양태가 제 1의 실시양태와 유사한 구조를 가지고 있기 때문에, 제 2의 실시양태는 제 1의 실시양태와 같은 효과가 있다.
[제 3의 실시양태]
도 6은 본 발명의 제 3의 실시양태에 따른 이온 주입 장치(불순물 처리 장치)(104)의 구조를 보이는 측면도이다. 도 5에 있어서의 흡수 가스 공급 부(204B)의 상세 구조는 도 2의 그것과 같기 때문에 설명을 생략한다.
도 6에 있어서, 제 3의 실시양태는 표준 이온 주입에 필요한 장치 구조를 가진 이온 주입 부(104A)를 가지고 있을 뿐 아니라 수증기 등을 공급하는 흡수 가스 공급 부(104B)도 또한 가지고 있다.
첫째로, 이온 주입 부(104A)는 표준 이온 주입에 필요한 장치 구조를 가지고 있다. 즉, 이온 원(ion source)인 이온 원 하우징(불순물 함유 가스 공급 부)(61); 이온 도출 전극(62); 렌즈(63); 가속 전극(64); 질량 분석기(mass analyzer)(65); 질량 선택 슬릿(mass selector slit)(66); 정전 4중극 렌즈(electrostatic quadrupole lens)(67); 주사 전극(68); 및 7°편향 중성자 트랩(69)이, 이온 빔(불순물 함유 가스)의 흐름방향에 따라 마련돼 있다. 이들은 격벽(70)에 의해 외부 유닛과 분리돼 있다. 기판(52)을 최하류에 놓아 이온을 주입하게 된다. 기판(52)은 조사량 감시를 위해 이온 전류를 측정하는 전류계에 접속돼 있다.
이온 원 하우징(61)은 이온 원의 도입구(도시하지 않음)와 또 이온 원 하우징(61)의 내부를 감압하기 위한 배기 장치에 접속된 배기구(76)가 마련돼 있어, 이온 원 하우징(61)의 내부를 적당한 압력에 조정한다. 게다가, 이온 원 하우징 (61)은 이온 원을 이온화하는 전극들 중의 일측의 전극인 이온 원 전극(제 2의 플라즈마 발생 수단)(73)이 마련돼 있으며, 이 이온 원 전극(73)은 전원(75)과 정합상자(74)에 접속돼 있다. 이 이온 원 전극(73)과 격벽(70) 간에 전압이 공급되어 이온 원을 플라즈마화하게 된다. 또한, 이 이온 원 전극(73)은, 전계를 발생시키어 가속 전극(64)에 관계가 있는 이온을 가속하는 양자의 역할을 하며, DC 전압을 공급하는 전원(72)이 이온 원 전극(73)과 가속 전극(64) 간의 공간에 접속돼 있다.
흡수 가스 공급 부(104B)는, 도 2의 것과 같은 구조를 가진 발생 장치를 가지고 있어 수증기 등을 발생시키며, 배관(23e)이 이 발생 장치로부터 이온 주입 부(104A)까지 이어져 있다. 배관(23e)은 이온 주입 부(104A)의 세정에 필요한 위치들의 최상류의 이온 원 하우징에 접속돼 있어 흡수 가스 등의 도입구를 구성하게 된다. 다시 말하면, 흡수 가스 등의 도입구는 이온 원을 플라즈마화는 플라즈마 발생 부에 접속돼 있다.
상기 흡수 가스 공급 부(104B)의 장치 구조에 응하여, 이온 주입 부(104A)는 표준 이온 주입에 필요한 장치 구조와, 이온 원 전극(73)에 의해 흡수 가스 등을 이온화하는 세정 전극(제 1의 플라즈마 발생 수단)의 양자의 작용을 한다, 다시 말해, 이온 원 전극(73)은 흡수 가스의 도입구와 같은 위치에 마련돼 있다. 이 이온 원 전극(73)과 격벽(70) 간에는 DC, AC, LF 또는 RF의 전력을 적용할 수 있다. 흡수 가스의 도입구는 이온 원 전극(73)의 상류에 마련할수도 있다.
이온 주입 부(104A)를 이온 주입 후에 깨끗이 하는 경우에는, 흡수 가스를 이온 원 하우징(61)에 도입하여 플라즈마화함으로써, 이온 원 하우징(61)과 하류의 이온 주입 부(104A)의 각 위치를 깨끗이 하게 된다.
상기의 설명과 같이, 제 3의 실시양태에 따른 이온 착상 장치(104)는 표준 이온 주입에 필요한 구조를 함유할 뿐 아니라, 이온 빔의 흐름방향에 따라 그의 상류의 세정에 필요한 위치들에 흡수 가스의 도입구가 마련돼 있는, 흡수 가스를 플라즈마화하는 세정 전극(73)을 함유하는 제 1의 플라즈마 발생 수단(73, 74, 75)을 또한 함유하여, 흡수 가스의 도입구들의 위치와 같은 세정에 필요한 위치에 또는 그의 상류에 마련돼 있다.
즉, 제 3의 실시양태에 따른 이온 착상 장치(104)는 제 1의 실시양태에 있어서와 같은 구조를 가지고 있기 때문에, 제 1의 실시양태와 같은 효과가 있다.
위에 설명한 바와 같이, 본 발명을 실시양태들에 따라 상세히 설명하였다. 본 발명의 범위는 상기 실시양태들로 설명한 구체화 예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서의 상기 실시양태들의 변형은 본 발명의 범위에 포함된다.
예를 들면, 제 1 및 제 2의 실시양태에서는 플라즈마 처리 장치를 무정형 보론 막이나 무정형 탄소 막을 형성하는 장치로 사용하나, 그 것을 불순물 함유 가스를 변경함에 의하여 플라즈마 도핑 장치로서 사용하는 것이 가능하다. 이 경우에는, 도핑 가스를 플라즈마화하는 위치들이나 도핑 위치들과 같은 위치들, 또는 그의 상류에 흡수 가스의 플라즈마 발생 수단을 가지고 있기 때문에, 플라즈마 발생 실이나 도핑 실의 내부를 도핑한 후 흡수 가스를 플라즈마처리함에 의하여 세정하여, 보론, 탄소 등을 함유하는 부산물이나 잔류물을 제거하는 것이 가능하다.
또한, 제 1의 실시양태에 의하면, 흡수 가스의 도입구가 불순물 함유 가스의 도입구와 공통이지만, 분리하여 마련할 수도 있다. 이 경우에는, 흡수 가스의 도입구가, 플라즈마 발생 수단에 있어서와 같은 위치에 마련되며, 흡수 가스를 플라즈마화하고 또 플라즈마가 기판에 효과적으로 도달하는 위치에 마련할 수도 있다. 대신, 흡수 가스의 도입구를 플라즈마 발생 수단의 상류에 마련할 수도 있다.
평행 판 형의 한쌍의 전극(12a, 12b) 간에, 플라즈마를 발생시키는 전압을 적용하는 수단(12a, 12b)이나, 전자 사이클로트론 공명의 수단에 의해 플라즈마를 발생시키는 수단(35, 36, 37), 또는 상기 실시양태에 있어서의 제 1의 플라즈마 발생 수단(12a, 12b, 16,35, 36, 37, 73) 처럼 처리실의 격벽(70)과 전극(73) 간에, 플라즈마를 발생시키는 전압을 적용하는 수단을 사용하기는 하지만, 도 7에 보인 바와 같이, 안테나로부터 전자계의 방사에 의해 헬리콘 플라즈마를 발생시키는 수단을 사용할수도 있다. 헬리콘 플라즈마를 발생시키는 수단은 플라즈마 발생 실(81) 주위의 안테나(82), 정합상자(83)를 통해 안테나(82)를 접속하는 무선 주파(13.56 MHz) 전원(84), 및 자석(85)으로 이루어져 있다. 게다가, 도 7에 있어서 부호 88은 처리실을 가리키고, 부호 86은 플라즈마 발생실(81)과 처리실(88) 간의 교통을 성취하여 발생실(81)에 있어서의 플라즈마 분포를 조정하는 조정실을 가리키며, 부호 87은 불순물 함유 가스 또는 흡수 가스를 도입하는 처리 가스 도입구들을 가리킨다.
위에 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 흡수 가스 공급 부가 불순물 처리 장치의 처리실 또는 불순물 함유 가스의 흐름경로에 접속돼 있고 또 흡수 가스의 도입구와 기판 간의 공간의 처리실 또는 불순물 함유 가스의 흐름경로에 플라즈마 발생 수단이 마련돼 있기 때문에, 보론 등의 불순물 함유 가스를 사용하는 불순물 도핑이나 성막 등의 플라즈마 처리 후, 흡수 가스의 플라즈마에 의해 처리실 등의 내부를 세정하는 것이 가능하다.
수소, 아르곤 등과 같은 성분 단체 대신, 흡수 가스를 세정 가스로 사용함으로써, 반도체 기판의 표면이나 처리실 등의 내벽을 손상시키지 않고 짧은 주기의 시간에 불순물을 함유하는 처리산물이나 잔류물을 제거하는 것이 가능하다.

Claims (11)

  1. 인, 보론, 안티모니, 비소, 갈륨, 알루미늄, 또는 게르마늄 중 어느 하나의 원소, 또는 상기 원소 중 어느 하나이상을 포함하는 불순물함유가스를 공급하는 불순물함유가스 공급부와.
    상기 불순물함유가스 공급부와 접속된 불순물함유가스의 도입구와, 상기 불순물함유가스를 이용하여 이온주입하여, 혹은 도핑하여, 또는 그의 위에 성막하는 피처리층을 보지하는 기판보지구(具)를 구비한 체임버를 가지는 불순물처리장치에 있어서,
    불순물함유가스를 이용한 처리에 의해 생긴 반응생성물을 제거하는 처리가스의 공급부로서 수분함유가스를 공급하는 수분함유가스 공급부만을 가지고, 또한, 상기 체임버에는 상기 불순물함유가스의 흐름의 방향에 따라서 상기 기판보지구보다 상류에 마련된 상기 수분함유가스 공급부와 접속된 수분함유가스의 도입구(口)와, 상기 불순물함유가스의 흐름의 방향에 따라서 상기 수분함유가스의 도입구로부터 상기 기판보지구에 이르는 사이에 마련된 상기 수분함유가스를 플라즈마화하는 제 1의 플라즈마 생성수단이 마련되어 있음을 특징으로 하는 불순물처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 불순물 함유 가스를 플라즈마화하는 제 2의 플라즈마 발생 수단을 가짐을 특징으로 하는 불순물 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1의 플라즈마 생성 수단과 상기 제 2의 플라즈마 생성 수단이 동일함을 특징으로 하는 불순물 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1의 플라즈마 생성 수단은 평행 평판형의 쌍의 전극간에 전압을 인가하여 플라즈마를 생성하는 수단, 전자 사이클로트론 공명에 의해 플라즈마를 생성하는 수단, 안테나로부터의 전자계의 방사에 의해 플라즈마를 생성하는 수단, 또는 상기 체임버의 간막이벽과 전극의 사이에 전압을 인가하여 플라즈마를 생성하는 수단임을 특징으로 하는 불순물 처리 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 수분함유가스는 기화한 물, 또는 상기 기화한 물에 수소 혹은 아르곤을 가한 가스임을 특징으로 하는 불순물 처리 장치.
  7. 체임버 내에 피처리층을 놓는 공정과;
    인, 보론, 안티모니, 비소, 갈륨, 알루미늄, 또는 게르마늄 중 어느 하나로 이루어지는 원소, 또는 상기 원소중 어느 하나이상을 포함하는 불순물함유가스를 상기 체임버 내에 도입하여 플라즈마화하고, 그 플라즈마를 이용하여 상기 피처리층에 이온을 주입하여, 혹은 도핑하여, 또는 그 피처리층상에 성막하는 공정과,
    상기 피처리층에 이온을 주입하여, 혹은 도핑하여, 또는 그 피처리층상에 성막한 후, 수분함유가스를 상기 체임버 내에 도입하는 공정, 및
    상기 체임버 내의 수분함유가스를 플라즈마화하여, 그 수분함유가스의 플라즈마에 의해 상기 체임버 내의 상기 불순물을 포함하는 생성물 또는 잔류물을 제거하는 공정을 가짐을 특징으로 하는 불순물처리장치의 클리닝 방법.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 수분함유가스는 기화한 물, 또는 상기 기화한 물에 수소 혹은 아르곤을 가한 가스임을 특징으로 하는 불순물처리장치의 클리닝 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 인, 보론, 안티모니, 비소, 갈륨, 알루미늄, 또는 게르마늄 중 어느 하나이상을 포함하는 불순물함유가스는, 상기 인, 보론, 안티모니, 비소, 갈륨, 알루미늄, 또는 게르마늄의 각 원소의 수소화합물 또는 불소화합물 중 어느 하나이상을 포함하는 가스임을 특징으로 하는 불순물처리장치.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 인, 보론, 안티모니, 비소, 갈륨, 알루미늄, 또는 게르마늄 중 어느 하나이상을 포함하는 불순물함유가스는 상기 인, 보론, 안티모니, 비소, 갈륨, 알루미늄, 또는 게르마늄의 각 원소의 수소화합물 또는 불소화합물 중 어느 하나이상을 포함하는 가스임을 특징으로 하는 불순물처리장치의 클리닝 방법.
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