KR102190137B1 - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 일 실시 예에서 기판 처리 방법은, 절연층에 콘택홀이 형성된 기판을 반입하는 단계와; 제1 공정 가스를 제공하여 자연산화막을 제거하는 단계와; 플라스마 상태로 방전되어 공급되는 제2 공정 가스를 제공하여 상기 콘택홀에 형성된 손상층을 산화시키는 단계와; 제3 공정 가스를 제공하여 상기 산화된 손상층을 제거하는 단계와; 상기 처리된 기판을 반출하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콘택홀을 세정하는 방법과 장치에 관한 것이다.
콘택홀 형성을 위한 건식 식각 공정에서 콘택홀의 하부막 예를 들어, 실리콘 내지 폴리실리콘 등의 표면이 강한 이온 충격(ion bombardment)을 받아 손상층(damaged layer)이 형성된다. 이러한 건식 식각에 따른 손상은 실리콘 등의 격자 구조를 왜곡시켜서 그 만큼 전기 전도도를 감소시키게 된다. 그러므로 손상층이 남아 있는 콘택에 대해서는 콘택의 우수한 전기적 특성을 기대하기 어렵다. 따라서, 콘택홀 세정 공정시 상기 손상층의 제거도 요구된다.
본 발명은 콘택홀을 효과적으로 세정할 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 기판 처리 공정에서 CD사이즈가 작고, 높은 종횡비를 갖는 콘택홀을 효과적으로 세정할 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 기판 처리 효율이 높은 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 일 실시 예에서 기판 처리 방법은, 절연층에 콘택홀이 형성된 기판을 반입하는 단계와; 제1 공정 가스를 제공하여 자연산화막을 제거하는 단계와; 플라스마 상태로 방전되어 공급되는 제2 공정 가스를 제공하여 상기 콘택홀에 형성된 손상층을 산화시키는 단계와; 제3 공정 가스를 제공하여 상기 산화된 손상층을 제거하는 단계와; 상기 처리된 기판을 반출하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 제1 공정 가스는, 질소 및 수소의 혼합 가스 또는 불소 포함 가스 중 어느 하나 이상일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2 공정 가스는, 산소 포함 가스일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제3 공정 가스는, 질소 및 수소의 혼합 가스 또는 불소 포함 가스 중 어느 하나 이상일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 단계들은 단일의 처리 장치 내에서 수행될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 콘택홀은 건식 식각 방법으로 식각하여 형성된 것일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 손상층을 산화시키는 단계와 상기 산화된 손상층을 제거하는 단계 중 하나 이상의 단계는 복수회 반복 수행될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 손상층은 실리콘막에 형성된 것일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 절연층은 실리콘 질화막일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 관점에 따른 기판 처리 방법은, 절연층에 콘택홀이 형성된 기판을 반입하는 단계와; 상기 콘택홀에 형성된 손상층을 산화시키는 단계와; 상기 산화된 손상층을 제거하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 콘택홀은 건식 식각 방법으로 식각하여 형성된 것일 수 있다.
일 실시 예에서, 기판의 상기 손상층을 노출시키기 위해, 제1 공정 가스를 제공하여 상기 손상층의 상층에 형성된 자연산화막을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 공정 가스는, 질소 및 수소의 혼합 가스 또는 불소 포함 가스 중 어느 하나 이상일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 손상층 산화 단계는, 제2 공정 가스를 상기 손상층에 공급하여 이루어지질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2 공정 가스는 플라스마 상태로 방전되어 공급될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2 공정 가스는 가열된 기판의 영역에 공급되거나, 가열되어 공급될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2 공정 가스는 산소를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제2 공정 가스는 수증기와 캐리어 가스의 혼합 가스로 제공될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 손상층 산화 단계는, 기판 지지면으로부터 이격된 상태에서 가열되며 이루어질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 산화된 손상층을 제거하는 단계는, 제3 공정 가스를 상기 산화된 손상층에 공급하여 이루어 질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제3 공정 가스는, 질소 및 수소의 혼합 가스 또는 불소 포함 가스 중 어느 하나 이상일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 손상층은 실리콘막에 형성된 것일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 절연층은 실리콘 질화막일 수 있다.
또한 본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 일 실시 예에서 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간이 형성된 공정 챔버와; 상기 처리 공간에 위치하며, 기판을 지지하는 지지 부재와; 플라스마가 생성되는 방전 공간을 가지며, 플라스마를 상기 처리 공간으로 공급하는 플라스마 발생 유닛과; 상기 방전 공간으로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과; 제어기를 포함하고, 상기 가스 공급 유닛은, 질소 가스, 수소 가스, 암모니아 가스, 산소 포함 가스, 및 불소 포함 가스 중 어느 하나 이상의 가스를 저장하는 하나 이상의 저장 부재와; 상기 플라스마 발생 유닛과 하나 이상의 저장 부재를 연결하며, 상기 저장 부재의 가스를 상기 방전 공간으로 공급하는 제1 가스 공급 라인과; 상기 하나 이상의 저장 부재 중 상기 산소 포함 가스를 저장하는 저장 부재, 또는 수증기를 발생시키는 증기 발생 부재과 연결되어 산소 포함 가스 또는 수증기를 상기 방전 공간으로 공급하는 제2 가스 공급 라인을 포함하고, 상기 제어기는, 상기 지지 부재에 지지된 콘택홀이 형성되어 반입된 기판에 대하여, 질소 가스 및 수소 가스의 혼합 가스 또는 불소 포함 가스 중 어느 하나 이상을 제공하여 자연산화막을 제거하는 단계와; 산소 포함 가스 또는 수증기를 플라스마 상태로 방전시켜 제공하여 상기 콘택홀에 형성된 손상층을 산화시키는 단계와; 질소 가스 및 수소 가스의 혼합 가스 또는 불소 포함 가스 중 어느 하나 이상을 제공하여 상기 산화된 손상층을 제거하는 단계를 수행하도록 제어한다.
일 실시 예에서, 상기 증기 발생 부재는 캐리어 가스 공급 부재와 연결될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 지지 부재는 히터를 포함하고, 상기 히터는 상기 손상층 산화를 위해 상기 기판을 가열할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 지지 부재는 리프트핀을 포함하고, 상기 제어기는, 상기 손상층 산화 단계에서 상기 기판이 상기 지지 부재의 상면으로부터 이격된 상태에서 가열되도록 상기 리프트핀을 상승 구동시킬 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 기판의 상면으로 보조 가스를 공급하는 보조 가스 공급 유닛을 더 포함하고, 상기 보조 가스는 가열되어 제공되며, 상기 손상층 산화를 위해 상기 기판을 가열하는 보조 가스 공급할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어기는, 상기 손상층을 산화시키는 단계와 상기 산화된 손상층을 제거하는 단계 중 하나 이상의 단계가 복수회 반복 수행되도록 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 손상층은 실리콘막에 형성된 것일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 절연층은 실리콘 질화막일 수 있다.
본 발명에 따른 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 의하면, 콘택홀을 효과적으로 세정할 수 있다.
본 발명에 따른 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 의하면, CD사이즈가 작고, 높은 종횡비를 갖는 콘택홀을 효과적으로 세정할 수 있다.
본 발명에 따른 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 의하면, 기판 처리 효율이 높다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 흐름도를 나타낸 것이다.
도 3 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법의 공정들을 순차적으로 보여주는 도면이다.
도 14는 도 1의 기판 처리 장치에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따라 자연산화막을 제거할 때 운용 방법을 나타낸 도면이다.
도 15는 도 1의 기판 처리 장치에 있어서, 본 발명의 다른 실시예에 따라 자연산화막을 제거할 때 운용 방법을 나타낸 도면이다.
도 16는 도 1의 기판 처리 장치에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따라 손상층을 산화시킬 때 운용 방법을 나타낸 도면이다.
도 17는 도 1의 기판 처리 장치에 있어서, 본 발명의 다른 실시예에 따라 손상층을 산화시킬 때 운용 방법을 나타낸 도면이다.
도 18는 도 1의 기판 처리 장치에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따라 산화된 손상층을 제거할 때 운용 방법을 나타낸 도면이다.
도 19는 도 1의 기판 처리 장치에 있어서, 본 발명의 다른 실시예에 따라 산화된 손상층을 제거할 때 운용 방법을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 흐름도를 나타낸 것이다.
도 3 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법의 공정들을 순차적으로 보여주는 도면이다.
도 14는 도 1의 기판 처리 장치에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따라 자연산화막을 제거할 때 운용 방법을 나타낸 도면이다.
도 15는 도 1의 기판 처리 장치에 있어서, 본 발명의 다른 실시예에 따라 자연산화막을 제거할 때 운용 방법을 나타낸 도면이다.
도 16는 도 1의 기판 처리 장치에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따라 손상층을 산화시킬 때 운용 방법을 나타낸 도면이다.
도 17는 도 1의 기판 처리 장치에 있어서, 본 발명의 다른 실시예에 따라 손상층을 산화시킬 때 운용 방법을 나타낸 도면이다.
도 18는 도 1의 기판 처리 장치에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따라 산화된 손상층을 제거할 때 운용 방법을 나타낸 도면이다.
도 19는 도 1의 기판 처리 장치에 있어서, 본 발명의 다른 실시예에 따라 산화된 손상층을 제거할 때 운용 방법을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. [0025] 본 발명의 실시예는 여러가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(1000)는 공정 처리 유닛(100), 플라스마 발생 유닛(200), 그리고 가스 공급 유닛(300)을 포함한다.
공정 처리 유닛(100)은 기판(W) 처리가 수행되는 공간을 제공하고, 플라스마 발생 유닛(200)은 기판(W) 처리 공정에 사용되는 플라스마를 발생시키고, 플라스마를 다운 스트림(Down Stream) 방식으로 기판(W)으로 공급한다. 가스 공급 유닛(300)은 플라스마 발생을 위한 가스를 플라스마 발생 유닛(200)에 공급한다. 이하, 각 구성에 대해 상세하게 설명하도록 한다.
공정 처리 유닛(100)는 공정 챔버(110), 지지 부재(140), 그리고 샤워 헤드(150)를 포함한다.
공정 챔버(110)는 기판(W) 처리가 수행되는 처리공간(TS)을 제공한다. 공정 챔버(110)는 바디(120)와 밀폐 커버(130)를 가진다.
바디(120)는 상면이 개방되며 내부에 공간이 형성된다. 바디(120)의 측벽에는 기판(W)이 출입하는 개구(미도시)가 형성되며, 개구는 슬릿 도어(slit door)(미도시)와 같은 개폐 부재에 의해 개폐된다. 개폐 부재는 공정 챔버(110) 내에서 기판(W) 처리가 수행되는 동안 개구를 폐쇄하고, 기판(W)이 공정 챔버(110) 내부로 반입될 때와 공정 챔버(110) 외부로 반출될 때 개구를 개방한다. 바디(120)의 하부벽에는 배기홀(121)이 형성된다. 배기홀(121)은 배기 라인(170)과 연결된다. 배기 라인(170)을 통해 공정 챔버(110)의 내부 압력이 조절되고, 공정에서 발생된 반응 부산물이 공정 챔버(110) 외부로 배출된다.
밀폐 커버(130)는 바디(120)의 상부벽과 결합하며, 바디(120)의 개방된 상면을 덮어 바디(120) 내부를 밀폐시킨다. 밀폐 커버(130)의 상단은 플라스마 공급부(200)와 연결된다. 밀폐 커버(130)에는 확산공간(DS)이 형성된다. 플라스마 공급부(200)에서 유입된 플라스마는 확산공간(DS)에서 확산되며 샤워 헤드(150)로 이동한다.
밀폐 커버(130)의 상부에는 보조 가스 공급 유닛(135)가 결합된다. 보조 가스 공급 유닛은(135) 설정 온도로 가열된 보조 가스를 공급한다. 보조 가스는 불활성 가스로 제공된다. 예를 들어, 보조 가스는 질소 가스 등일 수 있다. 보조 가스 공급 유닛(135)은 샤워 헤드(150)의 위쪽에 형성된 확산공간(DS)에 연결되도록 위치될 수 있다. 보조 가스 공급 유닛(135)을 통해 공급된 보조 가스는 샤워 헤드(150)를 통해 기판 방향으로 균일하게 공급될 수 있다.
지지 부재(140)는 처리공간(TS)에 위치되며, 기판(W)을 지지한다. 지지 부재(140)는 정전력에 의해 기판(W)을 흡착하는 정전 척(Electro Static Chuck)이 제공될 수 있다. 지지 부재(140)에는 리프트 홀(미도시)들이 형성될 수 있다. 리프트 홀들에는 리프트 핀(145, 도 16 참조)들이 각각 제공된다. 리프트 핀(145)들은 기판(W)이 지지 부재(140)상에 로딩/언로딩되는 경우, 리프트 홀들을 따라 승강한다.
지지 부재(140) 내부에는 히터(141)가 제공된다. 히터(141)는 기판(W)을 가열하여 공정온도로 유지시킨다.
지지 부재(140)의 내부에는 전극(미도시)이 제공된다. 전극(미도시)는 전원(147)과 연결된다. 전원(147)은 지지 부재(140)에 고주파 전력 또는 마이크로파 전력을 인가한다.
샤워 헤드(150)는 바디(120)와 밀폐 커버(130)의 사이에서 바디(120)의 상부벽과 결합한다. 샤워 헤드(150)는 원판 형상으로 제공되며, 지지 부재(140)의 상면과 나란하게 배치된다. 샤워 헤드(150)는 지지 부재(140)와 마주하는 면이 평평하게 제공된다. 샤워 헤드(150)는 기판(W)보다 넓은 면적으로 제공될 수 있다. 샤워 헤드(150)에는 홀(151)들이 형성된다. 확산공간(DS)에서 확산된 플라스마 가스는 홀(151)들을 통과하여 기판(W)으로 공급된다.
플라스마 발생 유닛(200)은 공정 챔버(110) 상부에 위치하며, 가스를 방전시켜 플라스마 가스를 생성한다. 플라스마 발생부(200)는 반응기(211), 가스 주입 포트(212), 유도 코일(215), 그리고 전원(217)을 포함한다.
반응기(211)는 원통 형상으로, 상면 및 하면이 개방되며 내부에 공간이 형성된다. 반응기(211)의 내부는 가스가 방전되는 방전공간(ES)으로 제공된다. 반응기(211)의 상단에는 가스 주입 포트(212)가 결합한다.
가스 주입 포트(212)는 가스 공급 유닛(300)과 연결되며, 가스가 공급된다. 가스 주입 포트(212)의 저면에는 유도공간(IS)이 형성된다. 유도 공간(IS)은 역깔때기 형상을 가지며, 방전 공간(ES)과 연통된다. 유도공간(IS)으로 유입된 가스는 확산되며 방전 공간(ES)으로 제공된다.
유도 코일(215)은 반응기(211)의 둘레를 따라 반응기(211)에 복수 회 감긴다. 유도 코일(215)의 일단은 전원(217)과 연결되고, 타단은 접지된다. 전원(217)은 유도 코일(215)에 고주파 전력 또는 마이크로파 전력을 인가한다.
가스 공급 유닛(300)는 방전 공간(ES)으로 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(300)는 제1가스 공급 라인(310), 제2 가스 공급 라인(320), 가스 저장 부재(330), 증기 발생 부재(340), 그리고 순수 공급 라인(350), 그리고 캐리어 가스 공급 부재(345)를 포함한다.
제1 가스 공급 라인(310)은 일단이 가스 주입 포트(212)와 연결되고, 타단이 가스 저장 부재(330)와 연결된다. 제1 가스 공급 라인(310)은 가스 저장 부재(330)에 저장된 가스를 방전 공간(ES)으로 공급한다. 제1 가스 공급 라인(310)을 통해 공급되는 가스는 NH3, N2, H2, 불소 포함 가스(예: NF3, NF3CH4) 중 적어도 어느 하나의 가스를 포함할 수 있다. 가스 저장 부재(330)는 가스를 개별적으로 저장하는 복수의 저장 부재(331, 332, 333,...)를 가질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 제1 저장 부재(331)는 N2를 저장한다. 제2 저장 부재(332)는 H2를 저장한다. 제3 저장 부재(333)는 불소 포함 가스(예: NF3, NF3CH4)를 저장한다. 가스 저장 부재(330)는 상술한 이 경우, 제1 가스 공급 라인(310)의 끝단은 복수 갈래로 분리되며, 저장 부재(331, 332, 333...)들과 각각 연결될 수 있다. 이와 달리, 공급되는 가스는 상술한 가스들이 혼합된 혼합 가스로 제공되며, 하나의 저장 부재에 저장될 수 있다.
제2 가스 공급 라인(320)은 제1 가스 공급 라인(310)으로부터 분기되며, 일단이 제1 가스 공급 라인(310)과 연결된다. 일 예에 있어서, 제2 가스 공급 라인(320)은 산소 포함 가스(예: O2)를 저장하는 제4 저장 부재(334)에 연결되는 분기 라인(321)을 포함할 수 있다. 일 예에 있어서, 제2 가스 공급 라인(322)은 증기 발생 부재(340)와 연결되는 분기 라인(322)을 포함할 수 있다. 증기 발생 부재(340)는 순수 공급 라인(350)과 연결되며, 순수 공급 라인(350)으로부터 순수(DI-water)를 공급받는다. 증기 발생 부재(340)는 순수를 가열하여 증기 상태로 상태 변화시키며, 발생된 수증기를 제2 가스 공급 라인(320)으로 공급한다. 제2 가스 공급 라인(320)은 산소 포함 가스 또는 수증기를 선택적으로 공급할 수 있다. 제2 가스 공급 라인은 저장 부재(334) 또는 증기 발생 부재(340) 중 하나와 선택적으로 연결될 수 있다.
캐리어 가스 공급 부재(345)는 증기 발생 부재(340)에 접속된다. 캐리어 가스 공급 부재(345)는 증기 발생 부재(340)에 캐리어 가스를 공급한다. 일예로 캐리어 가스는 아르곤 가스이다.
제1 가스 공급 라인(310)으로부터 제2 가스 공급 라인(320)이 분기되는 지점과 가스 저장 부재(330) 사이 구간에서, 제1 가스 공급 라인(310)에는 제1 밸브(361)가 설치된다. 제1 밸브(361)는 제1 가스 공급 라인(310)을 개폐하며, 가스의 공급을 조절한다.
제2 가스 공급 라인(320)에는 제2 밸브(362)가 설치된다. 제2 밸브(362)는 제2 가스 공급 라인(320)을 개폐하며, 산소 포함 가스 또는 수증기의 공급을 조절한다.
이하, 상술한 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 흐름도를 나타낸 것이다. 도 3 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법의 공정들을 순차적으로 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 기판 처리 방법은, 기판 상에 형성된 절연층에 콘택홀이 형성된 기판을 장치 내부로 반입하여, 자연 산화막을 제거하는 단계(S110)와, 콘택홀의 손상층을 산화시키는 단계(S120)와, 산화된 손상층을 제거하는 단계(S130)를 포함한다. 필요에 따라 손상층을 산화시키는 단계(S140)와 산화된 손상층을 제거하는 단계(S150)를 더 포함할 수 있다. S140단계 또는 S150단계 중 하나 이상은 반복되어 수행될 수 있다.
도 3을 참조하면, 기판(10)의 상면에 절연층(20)이 형성되고, 절연층(20)에 콘택홀(25)이 형성된 기판을 도시한다. 기판(10)은 실리콘막이고, 절연층(20)은 실리콘 질화막일 수 있다. 상기 콘택홀(25)은 건식 식각 방법으로 식각하여 형성된다. 콘택홀(25)의 하부에는 건식 식각시 발생된 잔류물(residue)(미도시)이 잔류할 수 있다. 콘택홀(25)의 하부는 강한 이온 충격을 받아 손상층(15)이 형성된다. 콘택홀(25)이 형성된 후, 기판의 이송 과정에서 공기 중에 노출될 때 콘택홀(25) 하부이자 손상층(15)의 상면에 자연 산화막(30)이 형성된다.
도 4를 참조하면, 자연 산화막을 제거하는 단계(S110)를 수행하는 모습이 도시된다. 자연 산화막은 제1 공정 가스를 제공하여 이루어진다. 제1 공정 가스는, N2 및 H2의 혼합 가스, NH3 또는 불소 포함 가스 중 어느 하나 이상일 수 있다. 제1 공정 가스는 플라즈마 상태로 방전되어 제공될 수 있다. 자연 산화막을 제거하는 단계(S110)는, XXtorr 내지 XXtorr의 압력 조건, X℃ 내지 XXX℃의 온도 조건에서 수행된다.
도 5를 참조하면, 자연 산화막이 제거되고 손상층(15)이 노출된 상태의 기판을 도시한다.
도 6을 참조하면, 손상층(15)을 산화시키는 단계(S120)를 도시한다. 손상층(15)의 산화는 제2 공정 가스를 제공하여 이루어진다. 제2 공정 가스는, 산소 포함 가스 또는 수증기이다. 수증기는 캐리어 가스와 혼합되어 공급될 수 있다. 제2 공정 가스는 플라즈마 상태로 방전되어 제공된다. 손상층을 산화시키는 단계(S120)는, XXtorr 내지 XXtorr의 압력 조건, X℃ 내지 XXX℃의 온도 조건에서 수행된다. 손상층(15)이 산화되는 단계에서, 기판을 가열할 수 있다. 기판이 가열될 때 기판은 기판 지지면으로부터 이격된 상태에서 가열될 수 있다. 기판의 가열은 기판의 상면으로 가열되어 제공되는 보조 가스에 의해 행해질 수 있다. 기판은 X℃ 내지 XXX℃의 온도로 가열된다.
도 7을 참조하면, 손상층(15)이 산화되어 발생된 산화된 손상층(15a)을 포함하는 상태의 기판을 도시한다.
도 8을 참조하면, 산화된 손상층(15a)을 제거하는 단계(S130)를 도시한다. 산화된 손상층(15a)의 제거는 제3 공정 가스를 제공하여 이루어진다. 제3 공정 가스는, N2 및 H2의 혼합 가스, NH3 또는 불소 포함 가스 중 어느 하나 이상일 수 있다. 제3 공정 가스는 플라즈마 상태로 방전되어 제공될 수 있다. 산화된 손상층을 제거하는 단계(S130)는, XXtorr 내지 XXtorr의 압력 조건, X℃ 내지 XXX℃의 온도 조건에서 수행된다.
도 9를 참조하면, 손상층(15)이 S130단계를 거쳐 제거된 상태의 기판을 도시한다. 손상층(15)은 S130단계를 통해 처리된 이후에 일부 제거되지 않은 손상층(15b)을 포함할 수 있다.
도 10을 참조하면, 잔존하는 손상층(15b)을 산화시키는 단계(S140)를 도시한다. 손상층(15b)의 산화는 S120단계와 마찬가지로 제2 공정 가스를 제공하여 이루어진다. 또한, 손상층(15b)의 산화는 S120단계와 마찬가지로 기판을 가열하여 기판과 산소의 반응성을 높일 수 있다.
도 11을 참조하면, S140단계를 통해 산화된 손상층(15c)을 포함하는 상태의 기판을 도시한다.
도 12를 참조하면, 산화된 손상층(15c)을 제거하는 단계(S150)를 도시한다. 산화된 손상층(15a)의 제거는 제3 공정 가스를 제공하여 이루어진다.
도 13을 참조하면, 콘택홀(25)의 세정이 완료된 상태의 기판을 도시한다. 콘택홀(25) 하부의 손상층(15)이 제거됨에 따라, 후속 공정으로 수행되는 배리어 금속 등을 스퍼터링(sputtering) 하는 공정에 있어서, 그 막이 콘택홀(25) 내부에서 단선 되는 부분이 없게 된다. 또한, CVD 공정을 이용하여 콘택홀(25)을 매몰하는 경우 에도, 보이드(void)의 발생을 방지한다.
도 14는 도 1의 기판 처리 장치에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따라 자연산화막을 제거하는 단계(S110)를 수행할 때 장치의 운용 방법을 나타낸 도면이다.
제1 공정 가스는 N2와 H2의 혼합 가스로 제공될 수 있다. 이때, 제1 가스 공급 라인(310)의 제1 밸브(361)가 개방된다. 제1 저장 부재(331) 및 제2 저장 부재(332)와 제1 가스 공급 라인(310)을 연결하는 밸브가 개방된다. 제3 저장 부재(333)와 제1 공급 라인(310)을 잇는 밸브와, 제2 가스 공급 라인(320)의 제2 밸브(362)는 폐쇄된다. 제1 공정 가스가 제1 가스 공급 라인을 거쳐 방전공간(ES)으로 유입된다. 제1 공정 가스가 방전 공간(ES)을 통과하는 동안, 전원(217)으로부터 유도 코일(215)에 전력이 인가된다. 인가된 전력은 방전 공간(ES)에 유도 전기장을 형성하며, 제1 공정 가스는 전기장으로부터 이온화에 필요한 에너지를 얻어 이온과 라디칼로 분해되어 기판의 자연 산화막(30)을 제거한다.
도 15는 도 1의 기판 처리 장치에 있어서, 본 발명의 다른 실시예에 따라 자연산화막을 제거하는 단계(S110)를 수행할 때 장치의 운용 방법을 나타낸 도면이다. 제1 공정 가스는 N2와 H2와 NF3의 혼합가스로 제공될 수 있다. 도시하지 않았으나, 제1 공정 가스는 NH3를 더 포함하여 공급될 수 있다.
도 16는 도 1의 기판 처리 장치에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따라 손상층을 산화키는 단계(S120, S140)를 수행할 때 운용 방법을 나타낸 도면이다.
제2 공정 가스는 산소 포함 가스로 제공될 수 있다. 일 예에 있어서, 산소 포함 가스는 O2, H2O, O3, N2O 또는 CO2등 O* 또는 OH* 라디칼을 생성하는 가스이다.
도 16을 참조하면, 손상층을 산화시키는 단계를 수행함에 있어서, 제2 공정 가스는 산소로 제공된다. 제2 가스 공급 라인(320)의 제2 밸브(362)가 개방된다. 그리고 제4 저장 부재(334)와 제2 공급 라인(350)을 잇는 밸브가 개방된다. 증기 발생 부재(340)와 제2 가스 공급 라인(320)을 연결하는 밸브가 폐쇄된다. 제1 밸브(361)는 폐쇄된다. 제2 공정 가스가 제1 가스 공급 라인(350)을 거쳐 방전공간(ES)으로 유입된다. 제2 공정 가스가 방전 공간(ES)을 통과하는 동안, 전원(217)으로부터 유도 코일(215)에 전력이 인가된다. 인가된 전력은 방전 공간(ES)에 유도 전기장을 형성하며, 제2 공정 가스는 전기장으로부터 이온화에 필요한 에너지를 얻어 이온과 O* 라디칼로 분해되어 기판의 손상층(15)과 반응하여 기판의 손상층(15)을 산화시킨다.
손상층(15)을 산화시키는데 있어서, 제2 공정 가스의 공급 전, 공급 중 또는 공급 후 기판을 가열할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 기판은 지지 부재(140)에 제공되는 히터(141)에 의해 가열될 수 있다. 기판은 리프트핀(145)에 의해 상승되어 지지 부재(140)의 상면으로부터 이격될 수 있다. 복사열을 이용하여 기판을 가열함에 따라 기판에 열이 고르게 제공될 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 기판은 보조 가스에 의해 가열될 수 있다. 보조 가스는 가열되어 제공된다. 보조 가스는 보조 가스 공급 유닛(135)로부터 공급받을 수 있다.
도시되지 않았으나, 기판은 지지 부재(140)의 상면에 접촉한 상태에서 가열될 수 있다.
도 17는 도 1의 기판 처리 장치에 있어서, 본 발명의 다른 실시예에 따라 손상층을 산화시키는 단계(S120, S140)를 수행할 때 운용 방법을 나타낸 도면이다.
도 17을 참조하면, 손상층을 산화시키는 단계를 수행함에 있어서, 제2 공정 가스는 수증기로 제공된다. 수증기는 캐리어 가스와 함께 공급된다. 제2 가스 공급 라인(320)의 제2 밸브(362)가 개방된다. 그리고 증기 발생 부재(340)와 제2 가스 공급 라인(320)을 연결하는 밸브가 개방된다. 캐리어 가스 공급 부재(345)와 증기 발생 부재(340)를 잇는 라인의 밸브가 개방된다. 제4 저장 부재(334)와 제2 가스 공급 라인(320)을 잇는 밸브와, 제1 밸브(361)는 폐쇄된다. 증기 발생 부재(340)는 순수 공급 라인(350)으로부터 순수를 공급받아 가열하여 수증기를 발생시킨다. 증기 발생 부재(340)는 캐리어 가스 공급 부재(345)로부터 캐리어 가스를 공급받는다. 캐리어 가스가 제2 공정 가스는 제1 가스 공급 라인을 거쳐 방전공간(ES)으로 유입된다. 제2 공정 가스가 방전 공간(ES)을 통과하는 동안, 전원(217)으로부터 유도 코일(215)에 전력이 인가된다. 인가된 전력은 방전 공간(ES)에 유도 전기장을 형성하며, 제2 공정 가스는 전기장으로부터 이온화에 필요한 에너지를 얻어 이온과 OH* 또는 O*라디칼로 분해되어 기판의 손상층(15)을 산화시킨다.
도 18은 도 1의 기판 처리 장치에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따라 산화된 손상층을 제거하는 단계(S130, S150)를 수행할 때 장치의 운용 방법을 나타낸 도면이다.
제3 공정 가스는 N2와 H2의 혼합 가스로 제공될 수 있다. 제3 공정 가스는 제1 공정 가스와 동일한 성분으로 제공될 수 있다. 제3 공정 가스를 공급하기 위하여, 제1 가스 공급 라인(310)의 제1 밸브(361)가 개방된다. 제1 저장 부재(331) 및 제2 저장 부재(332)와 제1 가스 공급 라인(310)을 연결하는 밸브가 개방된다. 제3 저장 부재(333)와 제1 공급 라인(310)을 잇는 밸브와, 제2 가스 공급 라인(320)의 제2 밸브(362)는 폐쇄된다. 제3 공정 가스가 제1 가스 공급 라인을 거쳐 방전공간(ES)으로 유입된다. 제1 공정 가스가 방전 공간(ES)을 통과하는 동안, 전원(217)으로부터 유도 코일(215)에 전력이 인가된다. 인가된 전력은 방전 공간(ES)에 유도 전기장을 형성하며, 제3 공정 가스는 전기장으로부터 이온화에 필요한 에너지를 얻어 이온과 라디칼로 분해되어 기판의 산화된 손상층(15a, 15c)을 제거한다.
도 19는 도 1의 기판 처리 장치에 있어서, 본 발명의 산화된 손상층을 제거하는 단계(S130, S150)를 수행할 때 장치의 운용 방법을 나타낸 도면이다. 제3 공정 가스는 N2와 H2와 NF3의 혼합가스로 제공될 수 있다. 도시하지 않았으나, 제3 공정 가스는 NH3를 더 포함하여 공급될 수 있다.
도시하지 않았지만, 제1 공정 가스, 제2 공정 가스, 또는 제3 공정 가스는 리모트 플라즈마 가스로 제공될 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당 업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이 며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
1000: 기판 처리 장치(1000),
100: 공정 처리 유닛, 200: 플라스마 발생 유닛,
300: 가스 공급 유닛, 10: 기판,
20: 절연층, 25: 콘택홀,
30: 자연산화막, 15: 손상층.
100: 공정 처리 유닛, 200: 플라스마 발생 유닛,
300: 가스 공급 유닛, 10: 기판,
20: 절연층, 25: 콘택홀,
30: 자연산화막, 15: 손상층.
Claims (20)
- 기판을 처리하는 방법에 있어서,
절연층에 콘택홀이 형성된 기판을 공정 처리 유닛 내로 반입하는 단계와;
플라즈마 상태의 제1 공정 가스를 제공하여 상기 콘택홀 상에 형성된 자연산화막을 제거하는 단계와;
플라스마 상태의 제2 공정 가스를 상기 기판에 제공하여 상기 콘택홀의 하부에 형성되고, 상기 자연산화막이 제거되면 외부로 노출되는 손상층을 산화시키는 단계와;
플라즈마 상태의 제3 공정 가스를 상기 기판에 제공하여 상기 산화된 손상층을 제거하는 단계와;
상기 처리된 기판을 상기 공정 처리 유닛으로부터 반출하는 단계를 포함하고,
상기 손상층을 산화시키는 단계는 상기 기판을 가열하며 이루어지는 기판 처리 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 공정 가스는 질소 및 수소의 혼합 가스 또는 불소 포함 가스 중 어느 하나를 포함하고,
상기 제2 공정 가스는 산소 포함 가스인 기판 처리 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 제3 공정 가스는 질소 및 수소의 혼합 가스 또는 불소 포함 가스 중 어느 하나를 포함하고,
상기 제2 공정 가스는 산소 포함 가스인 기판 처리 방법. - 제1 항 내지 제3 항 중 어느 하나에 있어서,
상기 손상층을 산화시키는 단계와 상기 산화된 손상층을 제거하는 단계는 복수회 반복 수행되는 기판 처리 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 손상층은 실리콘막에 형성된 것인 기판 처리 방법. - 기판을 처리하는 방법에 있어서,
절연층에 콘택홀이 형성된 기판을 반입하는 단계와;
상기 콘택홀의 하부, 그리고 손상층의 상면에 형성되는 자연 산화막을 제거하는 단계와;
상기 자연 산화막을 제거하는 단계 이후에, 상기 콘택홀의 하부에 형성되고, 상기 자연 산화막이 제거됨에 따라 외부로 노출되는 상기 손상층을 산화시키는 단계와;
상기 산화된 손상층을 제거하는 단계를 포함하고,
상기 손상층 산화 단계는, 상기 기판이 가열되며 이루어지는 기판 처리 방법. - 제6 항에 있어서,
상기 콘택홀은 건식 식각 방법으로 식각하여 형성된 것인 기판 처리 방법. - 제6 항에 있어서,
기판의 상기 손상층을 노출시키기 위해, 질소 및 수소의 혼합 가스 또는 불소 포함 가스 중 어느 하나 이상으로 제공되는 제1 공정 가스를 제공하여 상기 손상층의 상층에 형성된 자연산화막을 제거하는 단계를 더 포함하는 기판 처리 방법. - 제6 항에 있어서,
상기 손상층 산화 단계는, 산소를 포함하는 제2 공정 가스를 상기 손상층에 공급하여 이루어지는 기판 처리 방법. - 제9 항에 있어서,
상기 제2 공정 가스는 수증기와 캐리어 가스의 혼합 가스로 제공되는 기판 처리 방법. - 제6 항 내지 제10 항 중 어느 하나에 있어서,
상기 손상층을 산화시키는 단계와 상기 산화된 손상층을 제거하는 단계는 복수회 반복 수행되는 기판 처리 방법. - 제6 항에 있어서,
상기 손상층 산화 단계는, 기판 지지면으로부터 이격된 상태에서 가열되며 이루어지는 기판 처리 방법. - 제6 항에 있어서,
상기 산화된 손상층을 제거하는 단계는,
질소 및 수소의 혼합 가스 또는 불소 포함 가스 중 어느 하나 이상으로 제공되는 제3 공정 가스를 상기 산화된 손상층에 공급하여 이루어지는 기판 처리 방법. - 제10 항에 있어서,
상기 손상층은 실리콘막에 형성된 것인 기판 처리 방법. - 기판을 처리하는 장치에 있어서,
내부에 처리 공간이 형성된 공정 챔버와;
상기 처리 공간에 위치하며, 기판을 지지하는 지지 부재와;
플라스마가 생성되는 방전 공간을 가지며, 플라스마를 상기 처리 공간으로 공급하는 플라스마 발생 유닛과;
상기 방전 공간으로 가스를 공급하는 가스 공급 유닛과;
제어기를 포함하고,
상기 가스 공급 유닛은,
질소 가스, 수소 가스, 암모니아 가스, 산소 포함 가스, 및 불소 포함 가스 중 어느 하나 이상의 가스를 저장하는 하나 이상의 저장 부재와;
상기 플라스마 발생 유닛과 하나 이상의 저장 부재를 연결하며, 상기 저장 부재의 가스를 상기 방전 공간으로 공급하는 제1 가스 공급 라인과;
상기 하나 이상의 저장 부재 중 상기 산소 포함 가스를 저장하는 저장 부재, 또는 수증기를 발생시키는 증기 발생 부재과 연결되어 산소 포함 가스 또는 수증기를 상기 방전 공간으로 공급하는 제2 가스 공급 라인을 포함하고,
상기 제어기는,
상기 지지 부재에 지지된 콘택홀이 형성되어 반입된 기판에 대하여,
질소 가스 및 수소 가스의 혼합 가스 또는 불소 포함 가스 중 어느 하나 이상을 상기 처리 공간으로 제공하여 상기 기판 상의 자연산화막을 제거하는 단계와;
산소 포함 가스 또는 수증기를 플라스마 상태로 방전시켜 상기 처리 공간으로 제공하여 상기 콘택홀의 하부에 형성되고, 상기 자연산화막이 제거되면 외부로 노출되는 손상층을 산화시키는 단계와;
질소 가스 및 수소 가스의 혼합 가스 또는 불소 포함 가스 중 어느 하나 이상을 상기 처리 공간으로 제공하여 상기 산화된 손상층을 제거하는 단계를 수행하도록 제어하고,
상기 지지 부재는 히터를 포함하고,
상기 제어기는 상기 손상층을 산화하는 동안 상기 기판이 가열되도록 상기 히터를 제어하는 기판 처리 장치. - 제15 항에 있어서,
상기 증기 발생 부재는 캐리어 가스 공급 부재와 연결되는 기판 처리 장치. - 삭제
- 제15 항에 있어서,
상기 지지 부재는 리프트핀을 포함하고,
상기 제어기는,
상기 손상층 산화 단계에서 상기 기판이 상기 지지 부재의 상면으로부터 이격된 상태에서 가열되도록 상기 리프트핀을 상승 구동시키는 기판 처리 장치. - 제15 항에 있어서,
상기 기판의 상면으로 보조 가스를 공급하는 보조 가스 공급 유닛을 더 포함하고,
상기 제어기는 가열된 상기 보조 가스를 상기 처리 공간에 공급하여, 상기 손상층 산화를 위해 상기 기판을 가열하는 기판 처리 장치. - 제15 항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 손상층을 산화시키는 단계와 상기 산화된 손상층을 제거하는 단계를 복수회 반복 수행되도록 제어하는 기판 처리 장치.
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|---|---|---|---|---|
| WO2023140839A1 (en) * | 2022-01-20 | 2023-07-27 | Applied Materials, Inc. | Methods for forming trench structures in substrates |
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|---|---|---|---|---|
| KR100573929B1 (ko) * | 2001-12-14 | 2006-04-26 | (주)에이피엘 | 플라즈마를 이용한 표면 세정 장치 및 방법 |
| KR101096230B1 (ko) * | 2008-12-29 | 2011-12-22 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 장치의 캐패시터 제조 방법 |
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