KR101575131B1 - 기판 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 처리 방법을 개시한다. 그의 방법은, 기판 상의 절연 층을 습식 용액에 노출하여 상기 절연 층의 상부 면에 상기 친수성 부산물들을 형성하는 단계와, 상기 절연 층의 상부 면에서 친수성 부산물들을 제거하는 단계와, 상기 절연 층을 식각하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 반도체 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 기판 상의 절연 층을 제거하는 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 메모리 소자 또는 표시 소자는 기판과, 상기 기판 상의 반도체 층을 포함할 수 있다. 반도체 층은 기판 상의 절연 층 및 배선 층들과 함께 적층 구조로 배치될 수 있다. 절연 층은 배선 층들의 층간 절연막으로 사용될 수 있다. 또한, 절연 층은 반도체 층 또는 배선 층의 패터닝 후에 식각되는 희생 층으로 사용될 수 있다. 식각 공정은 습식 식각 공정과 건식 식각 공정을 포함할 수 있다. 습식 식각 공정은 강산의 식각 용액에 의해 수행될 수 있다. 식각 용액은 기판과 상기 기판 상의 절연 층 표면에 친수성 부산물들을 생성할 수 있다. 친수성 부산물들은 절연 층의 건식 식각 공정 시에 식각량 산포(perturbation)를 증가시키는 원인이 될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 일 과제는 절연 층의 식각량 산포를 최소화할 수 있는 기판처리방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 과제는 생산 수율을 향상시킬 수 있는 기판 처리방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법은, 기판 상의 절연 층을 습식 용액에 노출하여 상기 절연 층의 상부 면에 친수성 부산물들을 형성하는 단계; 상기 절연 층의 상부 면에서 상기 친수성 부산물들을 제거하는 단계; 및 상기 절연 층을 식각하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 친수성 부산물들은 산소 성분과 수소 성분을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 친수성 부산물들의 제거 단계는, 상기 절연 층 상에 제 1 반응 가스를 제공하여 상기 산소 성분을 제거하는 단계; 및 상기 절연 층을 제 2 반응 가스에 제공하여 상기 수소 성분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 제 1 반응 가스는 상기 산소 성분과 반응하여 제 1 수증기를 생성하는 수소 가스를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 제 2 반응 가스는 상기 수소 성분과 반응하여 제 2 수증기를 생성하는 산소 가스 또는 오존 가스를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 제 1 반응 가스 또는 상기 제 2 반응 가스는 플라즈마 상태로 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 절연 층은 실리콘 산화막을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 절연 층의 식각 단계는, 상기 절연 층 상에 상기 식각 가스를 제공하여 상기 절연 층의 상부를 식각 부산물로 형성하는 단계; 및 상기 식각 부산물을 제거하여 상기 절연 층의 하부 면을 노출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 식각 부산물의 제거 단계는, 열처리 공정을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 상기 습식 용액은 식각 용액 또는 세정 용액을 포함할 수 있다. 상기 식각 용액은 불산을 포함하는 랄 용액 또는 에스씨 원(SC1)을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 기판 처리 방법은, 절연 층의 건식 식각 공정 전에 상기 절연 층의 상부 면에서의 친수성 부산물을 먼저 제거하는 방법을 포함할 수 있다. 절연 층의 상부 면은 식각 가스 및 반응 가스에 의해 균일한 두께의 식각 부산물로 형성될 수 있다. 친수성 부산물이 제거된 절연 층의 식각량 산포는 최소화될 수 있다. 따라서, 본 발명이 실시 예에 따른 기판 처리 방법은 생산 수율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 기판 처리 방법을 설명하기 위한 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타낸 플로우 챠트이다.
도 3 내지 도 7은 도 2의 기판 처리 방법에 따른 기판의 공정 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타낸 플로우 챠트이다.
도 3 내지 도 7은 도 2의 기판 처리 방법에 따른 기판의 공정 단면도들이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 기판 처리 방법을 설명하기 위한 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치는, 챔버(100), 가스 공급부(200) 및 제어부(300)를 포함할 수 있다.
챔버(100)는 외부로부터 밀폐된 공간을 제공한다. 진공 펌프(140)는 챔버(100) 내부의 공기를 펌핑한다. 챔버(100)는 히터(110), 리프트 핀(120), 및 격벽(baffle, 130)을 포함할 수 있다. 히터(110)는 기판(112)을 가열할 수 있다. 기판(112)은 리프트 핀(120)에 의해 히터(110) 상에 안착(loading)될 수 있다. 리프터 핀(120)은 언로딩 시에 기판(112)을 히터(110)로부터 승강시킬 수 있다.
베플(130)은 챔버(100)를 활성 영역(132)과 반응 영역(134)으로 분리할 수 있다. 활성 영역(132)은 제 1 반응 가스, 제 2 반응 가스 및 식각 가스가 제공되는 영역이다. 활성 영역(132)은 상부 영역(131)과 하부 영역(133)으로 구분될 수 있다. 상부 영역(131)은 플라즈마 발생 영역이다. 제 1 반응 가스, 제 2 반응 가스 및 식각 가스는 고주파 파워에 의해 상부 영역(131)에서 플라즈마 상태로 여기될 수 있다. 하부 영역(133)은 제 1 반응 가스, 제 2 반응 가스 또는 식각 가스의 혼합 영역이다. 반응 영역(134)은 기판(112)의 처리 영역이다. 기판(112)은 제 1 반응 가스, 제 2 반응 가스 또는 식각 가스에 의해 식각 또는 표면 처리(treated)될 수 있다.
가스 공급부(200)는 제 1 반응 가스, 제 2 반응 가스 또는 식각 가스를 활성 영역(132)과 챔버(100) 내에 제공할 수 있다. 가스 공급부(200)는 제 1 반응 가스 공급부(210), 제 2 반응 가스 공급부(220), 및 식각 가스 공급부(230)를 포함할 수 있다. 제 1 반응 가스 공급부(210), 제 2 반응 가스 공급부(220), 및 식각 가스 공급부(230)는 제 1 반응 가스, 제 2 반응 가스 및 식각 가스를 각각 공급할 수 있다.
제 1 반응 가스는 수소(H2) 또는 암모니아(NH3)를 포함할 수 있다. 제 2 반응 가스는 산소(O2)를 포함할 수 있다. 식각 가스는 불산(HF), 또는 삼불화 질소(NF3)을 포함할 수 있다. 가스 공급부(200)에서 활성 영역(132)에 연결되는 배관들에 밸브들(240)이 배치될 수 있다. 밸브들(240)은 제어부(300)의 제어 신호에 따라 가스 공급부(200)의 가스 공급을 조절할 수 있다. 제어부(300)는 온도 센서(미도시)의 감지 신호에 응답하여 히터(110)의 온도를 제어할 수 있다.
이와 같이 구성된 기판 처리 장치를 이용한 본 발명의 기판 처리 방법에 대해 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타낸 플로우 챠트이다. 도 3 내지 도 7은 도 2의 기판 처리 방법에 따른 기판(112)의 공정 단면도들이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 기판(112)의 습식 식각(wet etching) 공정 또는 습식 세정(wet cleaning) 공정을 수행한다(S10). 일 예에 따르면, 절연 층(10)은 실리콘 산화막을 포함할 수 있다. 습식 식각 공정 또는 습식 세정 공정은 절연 층(10) 상의 반도체 층(미도시), 금속 층(미도시) 또는 금속 산화막(미도시) 중의 어느 하나를 제거하는 공정일 수 있다.
예를 들어, 식각 용액 또는 세정 용액은 기판(112) 및 절연 층(10) 대비 반도체 층, 금속 층 또는 금속 산화막에 대해 우수한 식각 선택 비를 가질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 식각 용액 또는 세정 용액은 기판(112) 또는 절연 층(10)의 상부 면의 일부를 식각 또는 세정할 수 있다. 절연 층(10)은 식각 용액 또는 세정 용액에 노출될 수 있다. 식각 용액 또는 세정 용액은 습식 용액으로서, 강산성 수용액을 포함할 수 있다. 식각 용액은 불산을 포함하는 랄(LAL) 용액 또는 에스씨1(SC1)을 포함할 수 있다. 세정 용액은 탈이온 수(deionized water)를 포함할 수 있다.
기판(112)의 식각 공정 또는 세정 공정이 완료되면, 상기 기판(112) 상의 절연 층(10)의 상부 면에 친수성 부산물들(20)이 생성될 수 있다. 친수성 부산물들(20)은 산소 성분(O, 22)과 수소 성분(H, 24)을 포함할 수 있다. 산소 성분(22)과 수소 성분(24)은 절연 층(10)의 상부 면을 따라 각각 개별적으로 분리되어 존재할 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 기판(112) 상에 제 1 반응 가스(30)를 제공하여 절연 층(10) 상부 면의 산소 성분(22)을 제거한다(S20). 제 1 반응 가스(30)는 플라즈마 상태의 수소 가스(H2)를 포함할 수 있다. 수소 가스(H2)는 산소 성분(22)와 결합하여 제 1 수증기(26)로 변화될 수 있다. 제 1 수증기(26)는 절연 층(10) 상부 면에서 제거될 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 5를 참조하면, 기판(112) 상에 제 2 반응 가스(40)를 제공하여 절연 층(10) 상부 면의 수소 성분(24)를 제거한다(S30). 제 2 반응 가스(40)는 플라즈마 상태의 산소 가스(O2)를 포함할 수 있다. 산소 가스(O2)는 수소 성분(24)와 결합하여 제 2 수증기(28)로 변화될 수 있다. 제 2 수증기(28)는 절연 층(10)의 상부 면에서 제거될 수 있다. 따라서, 절연 층(10)의 상부 면에서 친수성 부산물들(20)이 말끔히 제거될 수 있다. 제 1 반응 가스(30) 및 제 2 반응 가스(40)의 처리 공정은 절연 층(10)의 건식 식각 공정의 불량을 줄일 수 있다.
도 1 내지 도 3 및 도 6을 참조하면, 절연 층(10) 상에 식각 가스(50) 및 제 1 반응 가스(30)를 제공하여 절연 층(10)의 상부 면을 식각 부산물(60)로 형성한다(S40). 식각 가스(50)는 삼불화 질소를 포함할 수 있다. 식각 가스(50)는 상부 영역(131) 또는 하부 영역(133)으로 제공될 수 있다. 더미 식각 가스인 질소 가스(N2)는 식각 가스(50)와 함께 상부 영역(131) 또는 하부 영역(133)으로 공급될 수 있다. 제 1 반응 가스(30)는 상부 영역(131)으로 공급될 수 있다. 제 1 반응 가스(30)와 식각 가스(50)는 절연 층(10)에 반응될 수 있다. 예를 들어, 제 1 반응 가스(30)와 식각 가스(50)의 반응으로 불화 암모니아(NH4F) 또는 불산(HF)이 생성될 수 있다. 불화 암모니아(NH4F) 또는 불산은 실리콘 산화막 내부로 확산될 수 있다. 절연 층(10)은 식각 가스(50)에 노출된 시간 또는 기판(112)의 가열 온도에 따라 비례하여 증가되는 두께의 식각 부산물(60)로 변화될 수 있다. 식각 부산물(60)은 암모니아, 불산, 불화암모니아, 실리콘 산화물(silicon oxide)을 포함할 할 수 있다.
한편, 절연 층(10) 상에 친수성 부산물들(20)이 제거되었기 때문에 식각 부산물(60)은 균일한 두께로 형성될 수 있다. 만약에, 친수성 부산물들(20)이 절연 층(10) 상에 잔존할 경우, 절연 층(10)의 식각 불량이 발생될 수 있다. 친수성 부산물들(20)은 제 1 반응 가스(30), 식각 가스(50), 및 절연 층(10)의 반응을 방해할 수 있다. 예를 들어, 산소 성분(22)은 제 1 반응 가스(30)와 미리 반응하여 불화 암모니아 또는 불산의 생성을 방해할 수 있다. 일반적인 기판 처리 방법은 절연 층(10)의 식각량 산포가 증가되어 생산 수율이 줄어들 수 있었다.
상술한 바와 같이, 친수성 부산물들(20)은 제 1 반응 가스(30)와 제 2 반응 가스(40)에 의해 절연 층(10)의 건식 식각 공정 전에 거의 완벽히 제거될 수 있다. 절연 층(10)은 제 1 반응 가스(30) 및 식각 가스(50)에 의해 그의 상부 면에서부터 동일한 두께의 식각 부산물(60)로 변화될 수 있다. 즉, 절연 층(10)의 식각량 산포가 최소화될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법은 생산 수율을 향상시킬 수 있다.
제 1 반응 가스(30)는 실리콘 산화막의 산소와 결합하여 제 3 수증기(62)로 변화될 수 있다. 제 3 수증기(62)는 식각 부산물(60)에서 제거될 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 6을 참조하면, 기판(112)을 가열하여 식각 부산물(60)을 제거한다(S50). 히터(110)는 기판(112)을 약 100℃정도로 가열할 수 있다. 식각 부산물(60)은 히터(110)의 열 에너지에 의해 기화될 수 있다. 기화된 식각 부산물(60)은 불화 실리콘 암모늄((NH4)2SiF6)일 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 절연 층 20: 친수성 부산물
22: 산소 성분 24: 수소 성분
26: 제 1 수증기 28: 제 2 수증기
30: 제 1 반응 가스 40: 제 2 반응 가스
50: 식각 가스 60: 식각 부산물
62: 제 3 수증기 100: 챔버
110: 히터 112: 기판
120: 리프터 130; 베플
131: 상부 영역 132: 활성 영역
133: 하부 영역 134: 반응 영역
140: 펌프 200: 가스 공급부
300: 제어부
22: 산소 성분 24: 수소 성분
26: 제 1 수증기 28: 제 2 수증기
30: 제 1 반응 가스 40: 제 2 반응 가스
50: 식각 가스 60: 식각 부산물
62: 제 3 수증기 100: 챔버
110: 히터 112: 기판
120: 리프터 130; 베플
131: 상부 영역 132: 활성 영역
133: 하부 영역 134: 반응 영역
140: 펌프 200: 가스 공급부
300: 제어부
Claims (10)
- 기판상의 절연 층의 상부 면에 친수성 부산물을 형성하기 위해 상기 절연 층을 습식 용액에 노출하여 식각 또는 세정하는 단계;
이 후, 상기 절연 층의 상부 면에서 상기 친수성 부산물들을 제거하는 단계; 및
이 후, 상기 절연 층을 건식 식각하는 단계를 포함하되,
상기 친수성 부산물은 산소 성분과 수소 성분을 포함하고,
상기 친수성 부산물들의 제거 단계는,
상기 절연 층 상에 제 1 반응 가스를 제공하여 상기 산소 성분을 제거하는 단계; 및
상기 절연 층을 제 2 반응 가스에 제공하여 상기 수소 성분을 제거하는 단계를 포함하며,
상기 제 1 반응 가스는 상기 산소 성분과 반응하여 제 1 수증기를 생성하는 수소 가스를 포함하고,
상기 제 2 반응 가스는 상기 수소 성분과 반응하여 제 2 수증기를 생성하는 산소 가스 또는 오존 가스를 포함하며,
상기 산소 성분을 제거하는 단계 및 상기 수소 성분을 제거하는 단계는 서로 순차적으로 수행되는 기판 처리 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 반응 가스 또는 상기 제 2 반응 가스는 플라즈마 상태로 제공되는 기판 처리 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 절연 층은 실리콘 산화막을 포함하는 기판 처리 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 절연 층의 건식 식각 단계는,
상기 절연 층 상에 식각 가스를 제공하여 상기 절연 층의 상부를 식각 부산물로 형성하는 단계; 및
상기 식각 부산물을 제거하여 상기 절연 층의 하부 면을 노출하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 식각 부산물의 제거 단계는, 열처리 공정을 포함하는 기판 처리 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 습식 용액은 식각 용액 또는 세정 용액을 포함하되,
상기 식각 용액은 불산을 포함하는 랄 용액 또는 에스씨 원(SC1)을 포함하는 기판 처리 방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130144792A KR101575131B1 (ko) | 2013-11-26 | 2013-11-26 | 기판 처리 방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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|---|---|
| KR20150060406A KR20150060406A (ko) | 2015-06-03 |
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ID=53505028
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR (1) | KR101575131B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040027090A (ko) * | 2002-09-27 | 2004-04-01 | 주일환 | 백호 장치를 갖는 로우더 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009004719A (ja) * | 2006-11-15 | 2009-01-08 | Sekisui Chem Co Ltd | 表面処理方法及び装置 |
-
2013
- 2013-11-26 KR KR1020130144792A patent/KR101575131B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR20040027090A (ko) * | 2002-09-27 | 2004-04-01 | 주일환 | 백호 장치를 갖는 로우더 |
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