KR102660954B1 - Plasma Processing Apparatus And Method of Cleaning Native Oxide Using The Same - Google Patents
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Abstract
플라즈마 처리 장치 및 이를 이용한 자연 산화막 제거 방법에 관한 기술이다. 본 실시예의 플라즈마 처리 장치는 처리 챔버, 및 상기 처리 챔버의 측벽에 위치되며, 고주파 전원부, 플라즈마 가스 공급부 및 원료 가스 공급부가 연결되어, 내부에서 플라즈마 에천트를 발생시켜 상기 처리 챔버에 제공하는 적어도 하나의 외부 주입부를 포함할 수 있다. This is a technology related to a plasma processing device and a method of removing natural oxide film using the same. The plasma processing device of the present embodiment is located on a processing chamber and a side wall of the processing chamber, and includes a high-frequency power source, a plasma gas supply, and a raw material gas supply, and at least one device configured to generate a plasma etchant inside and provide the plasma etchant to the processing chamber. It may include an external injection part.
Description
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 외부에서 플라즈마 에천트를 생성하여 챔버내에 직접 주입하는 플라즈마 처리 장치 및 이를 이용한 자연 산화막 제거 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more specifically, to a plasma processing apparatus that generates a plasma etchant externally and directly injects it into a chamber, and a method of removing a natural oxide film using the same.
반도체 소자의 제조 공정 중, 반도체 기판 구조체의 표면에 의도치 않은 자연 산화막이 발생될 수 있다. 이와 같은 자연 산화막은 처리 공간내에 잔류하는 불순물들을 트랩하거나 후속 공정을 방해하는 요소가 될 수 있다. 이에 따라, 후속 공정에서 고품질의 막질을 형성하기 위하여, 자연 산화막의 제거는 필수적이다. During the manufacturing process of a semiconductor device, an unintended natural oxide film may be generated on the surface of the semiconductor substrate structure. Such a natural oxide film can trap impurities remaining in the processing space or become a factor that interferes with subsequent processes. Accordingly, in order to form a high-quality film in the subsequent process, removal of the natural oxide film is essential.
한편, 낸드 플래시 메모리 소자는 적층된 복수의 절연막, 및 상기 복수의 절연막내에 형성되는 수직 홀을 구비할 수 있다. 상기 수직 홀은 상기 적층된 복수의 절연막의 두께 및 고집적 밀도로 인해 상당한 어스펙트 비(aspect ratio)를 가질 수 있다. Meanwhile, a NAND flash memory device may include a plurality of stacked insulating films and vertical holes formed in the plurality of insulating films. The vertical hole may have a significant aspect ratio due to the thickness and high integration density of the plurality of stacked insulating films.
상기 수직 홀 형성후, 수직 홀에 의해 노출된 반도체 기판 표면에 자연 산화막이 발생될 수 있다. 콘택 효율을 위하여, 수직 홀 저부의 자연 산화막은 반드시 제거되어야 하며, 현재 높은 어스펙트 비를 고려하여, 플라즈마를 이용한 클리닝 공정으로 상기 자연 산화막을 제거하고 있다. After forming the vertical hole, a natural oxide film may be generated on the surface of the semiconductor substrate exposed by the vertical hole. For contact efficiency, the natural oxide film at the bottom of the vertical hole must be removed, and currently, considering the high aspect ratio, the natural oxide film is removed through a cleaning process using plasma.
그런데, 상술한 바와 같이, 수직 홀의 어스펙트 비가 상당히 크기 때문에, 수직 홀 바닥부에 발생된 자연 산화막을 제거하기 위하여, 플라즈마 파워를 높이거나 장시간 동안 플라즈마 클리닝 공정을 진행하는 것이 요구되고 있다. 그러나, 높은 파워하에서 장시간 동안 플라즈마 처리를 진행하는 경우, 반도체 기판 결과물 표면은 플라즈마 데미지를 입게 된다. However, as described above, since the aspect ratio of the vertical hole is quite large, it is required to increase the plasma power or perform a plasma cleaning process for a long time in order to remove the natural oxide film generated at the bottom of the vertical hole. However, when plasma processing is performed for a long time under high power, the resulting surface of the semiconductor substrate suffers plasma damage.
본 발명은 반도체 소자의 플라즈마 데미지 없이 선택적으로 자연 산화막을 제거할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 이를 이용한 자연 산화막 제거방법을 제공하는 것이다. The present invention provides a plasma processing device capable of selectively removing a natural oxide film without plasma damage to a semiconductor device and a method of removing the natural oxide film using the same.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는, 처리 챔버, 및 상기 처리 챔버의 측벽에 위치되며 고주파 전원부, 플라즈마 가스 공급부 및 원료 가스 공급부가 연결되어, 내부에서 플라즈마 에천트를 발생시켜 상기 처리 챔버에 제공하는 적어도 하나의 외부 주입부를 포함한다. A plasma processing device according to an embodiment of the present invention is located on a processing chamber and a side wall of the processing chamber, and is connected to a high-frequency power source, a plasma gas supply, and a raw material gas supply to generate a plasma etchant inside the processing chamber. It includes at least one external injection unit provided to.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자연 산화막 제거 방법은, 처리 챔버, 및 상기 처리 챔버 외부의 측벽에 위치되어 플라즈마 에천트를 생성하는 외부 주입부를 포함하는 플라즈마 처리 장치에서 자연 산화막을 제거하는 방법으로서, 상기 외부 주입부에 고주파 전압, 플라즈마 가스 및 원료 가스를 공급하여, 상기 플라즈마 에천트를 생성하는 단계; 및 30 내지 50 파스칼(Pa)의 압력을 유지하며 복수의 웨이퍼가 적재된 배치 타입 처리 챔버내에 상기 플라즈마 에천트를 공급하는 단계를 포함한다. In addition, a method of removing a natural oxide film according to another embodiment of the present invention is a method of removing a natural oxide film in a plasma processing device including a processing chamber and an external injection unit located on a side wall outside the processing chamber to generate a plasma etchant. supplying high-frequency voltage, plasma gas, and raw material gas to the external injection unit to generate the plasma etchant; and supplying the plasma etchant into a batch-type processing chamber loaded with a plurality of wafers while maintaining a pressure of 30 to 50 Pascals (Pa).
플라즈마 처리 챔버 외부에서 최적화된 플라즈마 에천트를 생성하여 처리 챔버 내부로 제공되기 때문에, 라디칼의 라이프 타임을 연장시킬 수 있다. 또한, 처리 챔버는 배치 챔버로 구성하면서, 식각 처리에 최적화될 수 있도록 저압 상태를 유지하도록 설정하므로써, 플라즈마 에천트의 평균 자유 행로를 연장시켜, 식각률을 개선할 수 있다. Since an optimized plasma etchant is generated outside the plasma processing chamber and provided inside the processing chamber, the life time of radicals can be extended. Additionally, the processing chamber is configured as a batch chamber and set to maintain a low pressure state to optimize the etching process, thereby extending the mean free path of the plasma etchant and improving the etching rate.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리 챔버의 측벽부의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 외주 주입부를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 단면도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용하여 낸드 플래시 메모리 장치의 자연 산화막을 제거하는 공정을 설명하기 위한 각 공정 별 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view of a plasma processing device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a perspective view of a plasma processing device according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a side wall portion of a processing chamber according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing the outer injection portion of the plasma processing device according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a schematic cross-sectional view of a plasma processing device according to another embodiment of the present invention.
Figure 6 is a schematic cross-sectional view of a plasma processing device according to another embodiment of the present invention.
7 to 9 are cross-sectional views for each process to explain a process of removing a natural oxide film of a NAND flash memory device using a plasma processing device according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms. The present embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete and that common knowledge in the technical field to which the present invention pertains is not limited. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. The sizes and relative sizes of layers and regions in the drawings may be exaggerated for clarity of explanation. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 간접 플라즈마 장치의 개략적인 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view of an indirect plasma device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 간접 플라즈마 장치는, 처리 챔버(101) 및 적어도 하나의 외부 주입부(110a,110b)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1 , the indirect plasma device may include a processing chamber 101 and at least one external injection unit 110a and 110b.
상기 처리 챔버(101)는 복수의 웨이퍼(w)가 처리될 수 있는 배치(batch) 타입 챔버일 수 있다. The processing chamber 101 may be a batch type chamber in which a plurality of wafers (w) can be processed.
적어도 하나의 외부 주입부(110a,110b)는 처리 챔버(101)의 일 측벽에 나란히 설치될 수 있다. 외부 주입부(110a,110b)가 복수 개 구비되는 경우, 상기 외부 주입부(110a,110b)들은 일정 등 간격을 가지고 이격 배치될 수 있다. 이와 같은 외부 주입부(110a,110b)는 고주파 전원부(120)와 연결되어, 상기 고주파 전원부(120)로부터 플라즈마 파워를 제공받을 수 있다. At least one external injection unit 110a and 110b may be installed side by side on one side wall of the processing chamber 101. When a plurality of external injection units 110a and 110b are provided, the external injection units 110a and 110b may be spaced apart from each other at regular intervals. These external injection units 110a and 110b are connected to the high-frequency power source 120 and can receive plasma power from the high-frequency power source 120.
외부 주입부(110a,110b)는 플라즈마 가스 공급부(130) 및 원료 가스 공급부(140)와 각각 연결되어, 플라즈마 가스 및 원료 가스를 제공받을 수 있다. 외부 주입부(110a,110b)는 외부로부터 제공되는 플라즈마 파워 전압 하에서, 플라즈마 가스 및 원료 가스의 반응에 의해, 플라즈마 식각 가스, 다시 말해 플라즈마 에천트(etchant)를 생성할 수 있다. 또한, 외부 주입부(110a,110b)에서 생성된 플라즈마 에천트는 상기 처리 챔버(101) 내부로 공급되어, 웨이퍼 상의 오염물, 예컨대, 자연 산화막을 제거할 수 있다. The external injection units 110a and 110b are connected to the plasma gas supply unit 130 and the raw material gas supply unit 140, respectively, and can receive plasma gas and raw material gas. The external injection units 110a and 110b may generate plasma etching gas, that is, a plasma etchant, through a reaction of plasma gas and raw material gas under a plasma power voltage provided from the outside. Additionally, the plasma etchant generated from the external injection units 110a and 110b may be supplied into the processing chamber 101 to remove contaminants on the wafer, such as a natural oxide film.
도 2 내지 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 처리 챔버(101)는 복수의 웨이퍼들(W)이 처리될 수 있는 배치 타입 구조를 갖는다. 처리 챔버(101)의 외측벽부(102)에 상기 외부 주입부(110a,110b)가 연결될 삽입공(103)이 구비될 수 있다. 처리 챔버(101)의 측벽부(102) 내부에 상기 삽입공(103)과 연통되는 분사홈(105)을 구비할 수 있다. 분사홈(105)은 상기 측벽부(102)의 길이 방향으로 연장되는 메인 홈(106)과 상기 메인 홈(106)으로부터 분기되며 상기 측벽부(102)의 폭 방향으로 연장되는 복수의 서브 홈(107)으로 구성될 수 있다. 상기 서브 홈(107)은 예를 들어, 웨이퍼(w) 각각과 대응되도록 설치될 수 있다. 외부 주입부(110a,110b)의 위치 및 분사홈(105)의 구조에 의해 각 웨이퍼에 플라즈마 에천트가 고르게 전달될 수 있다. To be described in more detail with reference to FIGS. 2 to 4 , the processing chamber 101 has a batch-type structure in which a plurality of wafers W can be processed. The outer wall portion 102 of the processing chamber 101 may be provided with an insertion hole 103 through which the external injection portions 110a and 110b are connected. An injection groove 105 communicating with the insertion hole 103 may be provided inside the side wall 102 of the processing chamber 101. The injection groove 105 includes a main groove 106 extending in the longitudinal direction of the side wall portion 102 and a plurality of sub grooves branching from the main groove 106 and extending in the width direction of the side wall portion 102 ( 107). For example, the sub-groove 107 may be installed to correspond to each wafer w. The plasma etchant can be evenly delivered to each wafer by the positions of the external injection portions 110a and 110b and the structure of the injection groove 105.
외부 주입부(110a,110b)는 예컨대, 실린더 형태로 구성될 수 있으며, 원료 가스 중 하나인 불소(F)에 내성을 갖는 사파이어 재질로 형성될 수 있다. 실질적인 실린더 형태를 갖는 상기 외부 주입부(110a,110b)는 양측 단부(110-1, 110-2)를 가질 수 있다. 양측 단부(110-1, 110-2) 중 일측 단부(110-1)에 플라즈마 가스 공급부(130)가 공급관(151)을 통해 연결될 수 있다. 상기 공급관(151) 상에 공지의 밸브(152)가 설치되어, 플라즈마 가스 공급부(130)로부터 제공되는 플라즈마 가스를 선택적으로 단속할 수 있다. 또한, 상기 밸브(152)의 구비 없이, 상기 플라즈마 가스 공급부(130)의 온/오프를 선택적으로 제어할 수도 있다. 상기 플라즈마 가스는 예를 들어, N2 및 NH3 가스를 포함할 수 있다. 또한, 상기 외부 주입부(110a,110b)의 일측 단부(110-1)에 고주파 전원부(120)가 더 연결되어, 상기 외부 주입부(110a,110b)에 파워를 제공할 수 있다. 고주파 전원부(120)는 예를 들어, 1.5 내지 3GHz, 보다 상세하게는, 2.45GHz의 마이크로웨이브(microwave) 및 3 내지 10kW의 파워, 보다 상세하게 5 내지 7kW의 파워를 상기 외부 주입부(110a,110b)내에 제공할 수 있다. The external injection parts 110a and 110b may have a cylinder shape, for example, and may be made of sapphire material that is resistant to fluorine (F), which is one of the raw material gases. The external injection parts 110a and 110b, which have a substantially cylindrical shape, may have end portions 110-1 and 110-2 on both sides. The plasma gas supply unit 130 may be connected to one end (110-1) of both ends (110-1, 110-2) through a supply pipe (151). A known valve 152 is installed on the supply pipe 151 to selectively control the plasma gas provided from the plasma gas supply unit 130. Additionally, the on/off of the plasma gas supply unit 130 may be selectively controlled without the valve 152. The plasma gas may include, for example, N2 and NH3 gas. Additionally, a high-frequency power source 120 may be further connected to one end 110-1 of the external injection units 110a and 110b to provide power to the external injection units 110a and 110b. The high-frequency power supply unit 120, for example, transmits a microwave of 1.5 to 3 GHz, more specifically, 2.45 GHz, and a power of 3 to 10 kW, more specifically a power of 5 to 7 kW, to the external injection unit 110a. It can be provided within 110b).
한편, 외부 주입부(110a,110b)의 타측 단부(110), 즉, 외부 주입부(110a,110b)의 출구부는 공급관(153)을 통해 상기 처리 챔버(101)에 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 외부 주입부(110a,110b)와 연결되는 공급관(153)은 상기 처리 챔버(101)의 측벽에 설치된 삽입공(103)에 삽입,고정될 수 있다. 외부 주입부(110a,110b)와 연결되는 상기 공급관(153)은 상기 삽입공(103)에 삽입 및 탈착이 가능하게 설계될 수 있다. Meanwhile, the other end 110 of the external injection units 110a and 110b, that is, the outlet portion of the external injection units 110a and 110b, may be connected to the processing chamber 101 through the supply pipe 153. More specifically, the supply pipe 153 connected to the external injection units 110a and 110b may be inserted and fixed into the insertion hole 103 installed on the side wall of the processing chamber 101. The supply pipe 153 connected to the external injection parts 110a and 110b may be designed to be insertable and detachable from the insertion hole 103.
또한, 원료 가스 공급부(140)는 추가의 공급관(155)을 통해 외부 주입부(110a,110b)의 소정 부분, 예컨대, 외부 주입부(110a,110b)의 출구부 부근에 연결될 수 있다. 상기 원료 가스 공급부(140)와 연결된 공급관(155)상에도 밸브(156)가 설치되어, 상기 원료 가스를 선택적으로 제공할 수 있다. 또한, 밸브(156)의 구비 없이 상기 원료 가스 공급부(140)의 온/오프 동작을 제어할 수도 있다. 본 실시예에서, 자연 산화막을 제거하기 위한 원료 가스로는 NF3 및 NH3 가스가 이용될 수 있다. Additionally, the raw material gas supply unit 140 may be connected to a predetermined portion of the external injection units 110a and 110b, for example, near the outlet portion of the external injection units 110a and 110b, through an additional supply pipe 155. A valve 156 is also installed on the supply pipe 155 connected to the raw material gas supply unit 140, so that the raw material gas can be selectively provided. Additionally, the on/off operation of the raw material gas supply unit 140 may be controlled without the valve 156. In this embodiment, NF3 and NH3 gases may be used as raw material gases for removing the natural oxide film.
이와 같이 외부 주입부(110a,110b)에 2.45GHz의 마이크로웨이브 및 3 내지 10KW의 파워가 제공되는 상태에서 상기 플라즈마 가스가 제공되면, 상기 외부 주입부(110a,110b) 내부에서 상기 플라즈마 가스인 N2 가스 및 NH3 가스는 N+ 및 H+ 원자 상태로 여기된다. 외부 주입부(110a,110b)내의 N+원자 및 H+원자는 원료 가스 공급부(140)로부터 제공되는 NF3 및 NH3 가스와 플라즈마 반응을 일으켜, 상기 외부 주입부(110a,110b)내에 NHxFy 형태의 플라즈마 에천트가 생성된다. In this way, when the plasma gas is provided to the external injection units 110a and 110b with a microwave of 2.45 GHz and power of 3 to 10 KW, N2, which is the plasma gas, is generated inside the external injection units 110a and 110b. gas and NH3 gas are excited into N+ and H+ atomic states. The N + atoms and H + atoms in the external injection units (110a, 110b) cause a plasma reaction with the NF3 and NH3 gases provided from the raw material gas supply unit 140, resulting in a plasma etchant in the form of NHxFy in the external injection units (110a, 110b). is created.
이와 같은 플라즈마 에천트는 상기 배치 타입 형태의 처리 챔버(101)내에 주입되어, 자연 산화막을 제거하기 위한 플라즈마 클리닝 처리가 진행된다. Such a plasma etchant is injected into the batch-type processing chamber 101, and a plasma cleaning process to remove the natural oxide film is performed.
일반적으로 처리 챔버내에서 플라즈마 에천트가 생성되는 경우, 지속적으로 플라즈마 파워를 인가하기 어렵기 때문에, 일시적으로 플라즈마 파워를 인가한 상태에서 플라즈마 에천트를 생성하고 있다. 이에 따라, 처리 챔버 내부에서 생성되는 플라즈마 라디컬들은 라이프 타임(life time)이 짧은 편이다. Generally, when a plasma etchant is generated in a processing chamber, it is difficult to continuously apply plasma power, so the plasma etchant is generated while plasma power is temporarily applied. Accordingly, plasma radicals generated inside the processing chamber have a short life time.
하지만, 본 실시예와 같이, 처리 챔버로부터 독립된 외부 주입장치에서 플라즈마 에천트를 별도로 생성하는 경우, 챔버 내부의 환경에 대한 고려 없이 충분한 파워 및 주파수를 제공할 수 있으므로, 연장된 라이프 타임을 갖는 플라즈마 라디컬을 생성할 수 있다. However, as in this embodiment, when the plasma etchant is separately generated by an external injection device independent of the processing chamber, sufficient power and frequency can be provided without considering the environment inside the chamber, so plasma with an extended life time can be produced. Radicals can be generated.
또한, 플라즈마 생성 조건과 별개로, 처리 챔버 내부의 조건을 클리닝 공정에 맞게 최적화할 수 있다. 예컨대, 처리 챔버 내부에서 플라즈마 에천트를 생성하는 경우, 플라즈마 파워는 물론, 압력 또한 플라즈마 에천트 생성에 영향을 미칠 수 있다. 한편, 본 실시예와 같이, 플라즈마 에천트가 외부로부터 주입되는 경우, 플라즈마 에천트의 발생률과 상관없이 챔버 내부의 압력을 저압으로 유지할 수 있다. 처리 챔버 내부의 압력을 낮추는 경우, 플라즈마 에천트의 이온 충돌 에너지가 증대되어, 플라즈마 에천트의 평균 자유 행로(Mean free path)를 증대시킬 수 있다. 이에 따라, 어스펙트 비가 높은 수직 홀의 바닥부까지 플라즈마 에천트들이 효과적으로 전달되어, 클리닝 효율이 개선된다. Additionally, independently of the plasma generation conditions, the conditions inside the processing chamber can be optimized for the cleaning process. For example, when generating a plasma etchant inside a processing chamber, not only plasma power but also pressure may affect the generation of the plasma etchant. Meanwhile, as in the present embodiment, when the plasma etchant is injected from the outside, the pressure inside the chamber can be maintained at a low pressure regardless of the generation rate of the plasma etchant. When lowering the pressure inside the processing chamber, the ion collision energy of the plasma etchant increases, thereby increasing the mean free path of the plasma etchant. Accordingly, the plasma etchants are effectively delivered to the bottom of the vertical hole with a high aspect ratio, thereby improving cleaning efficiency.
또한, 종래의 리모트 플라즈마 장치의 경우, 별도의 리모트 플라즈마 장치에서 플라즈마 가스를 생성하고, 챔버 내부의 혼합부에서 상기 플라즈마 가스와 원료 가스를 별도로 혼합시켜 플라즈마 에천트를 생성한다. 하지만, 본 실시예의 경우, 플라즈마 에천트 자체를 외부 주입부에서 자체 생성하므로, 챔버 내부에 별도의 혼합부를 설치할 필요가 없다. Additionally, in the case of a conventional remote plasma device, plasma gas is generated in a separate remote plasma device, and the plasma gas and raw material gas are separately mixed in a mixing section inside the chamber to generate a plasma etchant. However, in the case of this embodiment, since the plasma etchant itself is generated in an external injection unit, there is no need to install a separate mixing unit inside the chamber.
또한, 반도체 장치는, 플라즈마 영역과 증착 또는 세정이 일어나는 영역(기판 상부 영역) 사이에 라디컬의 활동성을 개선하기 위한 구조가 요구된다. Additionally, semiconductor devices require a structure to improve the activity of radicals between the plasma region and the region where deposition or cleaning occurs (upper region of the substrate).
대부분의 장비들은 플라즈마 영역과 기판 상부 영역 사이의 라디컬의 활동성을 개선할 수 있도록, 챔버의 구조, 샤워 해드의 구조, 플라즈마 방전, 임피던스 매칭, RPS 플라즈마 메커니즘, 플라즈마 변수들을 조정하는 등 복잡한 과정이 요구된다. 하지만, 본 발명과 같이 외부 주입 장치로부터 직접적으로 에천트가 공정 챔버내에 도입되기 때문에, 장비 내부 구조의 다양하게 변경할 필요가 없이 간단한 방법으로 라디컬의 라이프 타임을 개선할 수 있다.Most equipment requires complex processes such as adjusting the chamber structure, shower head structure, plasma discharge, impedance matching, RPS plasma mechanism, and plasma variables to improve the activity of radicals between the plasma area and the upper area of the substrate. It is required. However, since the etchant is directly introduced into the process chamber from an external injection device as in the present invention, the life time of radicals can be improved in a simple way without the need to make various changes to the internal structure of the equipment.
또한, 본 실시예의 처리 챔버는 배치 타입으로 구성되기 때문에, 싱글 타입 챔버에 비해 장시간의 공정이 소요될 수 있지만, 다수의 웨이퍼가 동시에 처리되기 때문에, 전체적인 쓰루풋(throughput) 측면에서는 매우 유리하다. 이에 따라, 기존의 배치 타입 챔버에서 설정된 시간 보다 더 충분한 시간으로 플라즈마 클리닝 공정을 진행하여도, 플라즈마 데미지의 위험이 거의 없으며, 나아가 싱글 타입에 비해 쓰루풋을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 자연 산화막을 완벽히 제거할 수 있다. Additionally, because the processing chamber of this embodiment is configured as a batch type, the process may take a longer time than a single-type chamber, but since multiple wafers are processed simultaneously, it is very advantageous in terms of overall throughput. Accordingly, even if the plasma cleaning process is performed for a longer time than the time set in the existing batch type chamber, there is almost no risk of plasma damage. Furthermore, not only can throughput be improved compared to the single type, but the natural oxide film is completely removed. It can be removed.
아울러, 본 실시예의 외부 주입부를 사파이어 물질로 형성함에 따라, 불소 성분은 물론 그 밖의 다른 성분들과의 반응을 감소시킬 수 있어, 교체 주기를 연장할 수 있다. In addition, since the external injection part of this embodiment is made of sapphire material, reaction with the fluorine component as well as other components can be reduced, thereby extending the replacement cycle.
도 5에 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(100a)는 제 1 내지 제 4 외부 주입부(110a,110b,110c,110d)를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 외부 주입부(110a,110b)는 처리 챔버(101)의 일측벽에 설치될 수 있고, 제 3 및 제 4 외부 주입부(110c,110d)는 처리 챔버(101)의 일측벽과 마주하는 타측벽에 설치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 외부 주입부(110a)는 제 3 외부 주입부(110c)와 마주하도록 설치될 수 있고, 제 2 외부 주입부(110b)는 제 4 외부 주입부(110d)와 마주하도록 설치될 수 있다. 각각의 외부 주입부(110a, 110b, 110c, 110d)는 고주파 전원부(120), 플라즈마 가스 공급부(130) 및 원료 가스 공급부(140)와 각각 연결될 수 있다. As shown in FIG. 5, the plasma processing apparatus 100a may include first to fourth external injection parts 110a, 110b, 110c, and 110d. The first and second external injection units 110a and 110b may be installed on one side wall of the processing chamber 101, and the third and fourth external injection units 110c and 110d may be installed on one side wall of the processing chamber 101. It can be installed on the other side wall facing. For example, the first external injection unit 110a may be installed to face the third external injection unit 110c, and the second external injection unit 110b may be installed to face the fourth external injection unit 110d. It can be. Each of the external injection units 110a, 110b, 110c, and 110d may be connected to the high frequency power supply unit 120, the plasma gas supply unit 130, and the raw material gas supply unit 140, respectively.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 3 및 제 4 외부 주입부(110c,110d)는 처리 챔버(101)의 타측벽에 위치되되, 제 3 외부 주입부(110c)는 제 1 및 2 외부 주입부(110a,110b) 사이의 영역과 대응하는 타측벽부에 위치될 수 있고, 제 4 외부 주입부(110d)는 제 2 외부 주입부(110b)의 하부에 해당하는 상기 타측벽부에 위치될 수 있다. Additionally, as shown in FIG. 6, the third and fourth external injection units 110c and 110d are located on the other side walls of the processing chamber 101, and the third external injection unit 110c is located on the first and second external injection units 110c. It may be located on the other side wall portion corresponding to the area between the injection portions 110a and 110b, and the fourth external injection portion 110d is located on the other side wall portion corresponding to the lower portion of the second external injection portion 110b. It can be.
이하, 도 7 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 낸드 플래시 메모리 장치의 자연 산화막 제거 방법을 설명하도록 한다. Hereinafter, with reference to FIGS. 7 to 9, a method for removing a natural oxide film of a NAND flash memory device according to an embodiment of the present invention will be described.
도 7을 참조하면, 반도체 기판(200) 상부에 제 1 절연막(210) 및 제 2 절연막(220)을 교대로 복수 회 증착하여, 절연 구조물을 형성한다. Referring to FIG. 7 , the first insulating film 210 and the second insulating film 220 are alternately deposited multiple times on the semiconductor substrate 200 to form an insulating structure.
도 8을 참조하면, 상기 절연 구조물(220)의 소정 부분을 식각하여, 수직 홀(H)을 형성한다. 상기 수직 홀(H)을 형성하는 과정, 수직 홀(H)이 형성된 후 웨이퍼를 이송하는 과정, 및 수직 홀(H) 형성 공정 이후 후속 공정을 진행하기 위한 대기 상태에서 수직 홀(H)의 바닥부에서 자연 산화막(220)이 발생될 수 있다. Referring to FIG. 8, a vertical hole H is formed by etching a predetermined portion of the insulating structure 220. The process of forming the vertical hole (H), the process of transferring the wafer after the vertical hole (H) is formed, and the bottom of the vertical hole (H) in a standby state for the subsequent process after the vertical hole (H) forming process. A natural oxide film 220 may be generated in the portion.
도 9를 참조하여, 수직 홀(H)이 형성된 반도체 웨이퍼들을 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 처리 챔버(101, 도 1 내지 도 6 참조)내에 장입한다. Referring to FIG. 9, semiconductor wafers on which vertical holes H are formed are charged into the processing chamber 101 (see FIGS. 1 to 6) of the plasma processing apparatus of the present invention.
이때, 상기 처리 챔버(101)의 일측벽에 상술하였듯이 플라즈마 에천트를 별도 생성하기 위한 적어도 하나의 외부 주입부(110a, 110b, 110c, 110d)가 장착되어 있다. At this time, as described above, at least one external injection part 110a, 110b, 110c, and 110d for separately generating a plasma etchant is installed on one wall of the processing chamber 101.
외부 주입부(110a,110b, 110c,110d)에서 웨이퍼상에 직접 적용될 수 있는 플라즈마 에천트를 생성할 수 있도록, 1. 5 내지 3GHz의 주파수 및 3 내지 10Kw의 파워를 제공한 상태에서, 플라즈마 가스로서 N2 가스 및 NH3 가스를 400 내지 600 sccm 공급하고, 원료 가스로서 NF3 가스를 40 내지 60 sccm 만큼 공급한다. 이에 따라, 상기 외부 주입부(110a,110b,110c,110d) 내부에서 NHxFy 형태의 플라즈마 에천트를 생성한다. Plasma gas is provided with a frequency of 1.5 to 3 GHz and a power of 3 to 10 Kw to generate a plasma etchant that can be directly applied on the wafer in the external injection portions 110a, 110b, 110c, and 110d. N2 gas and NH3 gas are supplied at 400 to 600 sccm, and NF3 gas is supplied at 40 to 60 sccm as raw material gas. Accordingly, NHxFy type plasma etchant is generated inside the external injection portions 110a, 110b, 110c, and 110d.
이와 같은 플라즈마 에천트는 처리 챔버(101) 내부에 제공될 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 처리 챔버(101)내에 도입된 플라즈마 에천트(230)는 수직 홀(H)의 바닥부까지 자유롭게 이동하여, 자연 산화막(220)을 제거할 수 있다. 상기 플라즈마 에천트(230)는 상술한 바와 같이 최적화된 환경의 외부 주입부(110a,110b,110c,110d)내에서 별도로 생성된 후, 챔버(101)내에 도입되기 때문에, 기존의 챔버 내에서 생성된 플라즈마 에천트(230)에 비해 라이프 타임이 길어 장시간 동안 클리닝 동작을 진행할 수 있다. Such a plasma etchant may be provided inside the processing chamber 101. As shown in FIG. 9, the plasma etchant 230 introduced into the processing chamber 101 can freely move to the bottom of the vertical hole H and remove the native oxide film 220. Since the plasma etchant 230 is separately generated within the external injection parts 110a, 110b, 110c, and 110d in an optimized environment as described above and then introduced into the chamber 101, it is generated within the existing chamber. The life time is longer than that of the plasma etchant 230, so cleaning operations can be performed for a long time.
또한, 상기 처리 챔버(101) 내부를 저압 상태, 예컨대 10 내지 100Pa, 보다 상세히는 30 내지 50 Pa를 유지시키므로써, 플라즈마 에천트(230)의 평균 이동 경로를 연장할 수 있다. 상기 처리 챔버(101)는 저압 상태를 유지할 수 있도록 약 30,000 내지 100,000L/min 유량으로 배기시킬 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 에천트(230)의 활동성이 개선되어 자연 산화막의 식각률(제거율)이 개선될 수 있다. In addition, the average movement path of the plasma etchant 230 can be extended by maintaining the inside of the processing chamber 101 at a low pressure, for example, 10 to 100 Pa, more specifically 30 to 50 Pa. The processing chamber 101 can be exhausted at a flow rate of about 30,000 to 100,000 L/min to maintain a low pressure state. Accordingly, the activity of the plasma etchant 230 may be improved and the etching rate (removal rate) of the natural oxide film may be improved.
또한, 배치 타입 챔버내에서 진행되기 때문에, 장시간 플라즈마 공정을 진행하여도 데미지에 대한 영향이 거의 없다.Additionally, because it is carried out in a batch-type chamber, there is little effect on damage even if the plasma process is carried out for a long time.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.Although the present invention has been described in detail with preferred embodiments above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. do.
101 : 처리 챔버 110a, 110b, 110c, 110d : 외부 주입부
120 : 플라즈마 가스 공급부 130 : 원료 가스 공급부
200 : 반도체 기판 210: 제 1 절연막
215 : 제 2 절연막 220 : 자연 산화막
230 : 플라즈마 에천트101: processing chamber 110a, 110b, 110c, 110d: external injection unit
120: Plasma gas supply unit 130: Raw material gas supply unit
200: semiconductor substrate 210: first insulating film
215: second insulating film 220: natural oxide film
230: Plasma etchant
Claims (16)
상기 처리 챔버의 측벽에 위치되며, 고주파 전원부, 플라즈마 가스 공급부 및 원료 가스 공급부가 연결되어, 내부에서 플라즈마 에천트를 발생시켜 상기 처리 챔버에 제공하고, 사파이어 재질로 구성되는 복수 개의 외부 주입부를 포함하고,
상기 복수 개의 외부 주입부는 상기 처리 챔버의 일측벽 및 상기 일측벽에 대응되는 타측벽 각각에 등 간격으로 설치되고, 상기 일측벽 및 상기 타측벽 각각에 위치되는 상기 복수 개의 외부 주입부는 상호 대응하도록 설치되는 플라즈마 처리 장치.processing chamber; and
It is located on the side wall of the processing chamber, and is connected to a high-frequency power source, a plasma gas supply, and a raw material gas supply, generates a plasma etchant internally and supplies it to the processing chamber, and includes a plurality of external injection parts made of sapphire material. ,
The plurality of external injection units are installed at equal intervals on each of one side wall of the processing chamber and the other side wall corresponding to the one side wall, and the plurality of external injection units located on each of the one side wall and the other side wall are installed to correspond to each other. A plasma processing device.
상기 처리 챔버는 복수의 웨이퍼가 처리되는 배치 타입 구조를 갖는 플라즈마 처리 장치. According to claim 1,
The processing chamber is a plasma processing device having a batch type structure in which a plurality of wafers are processed.
상기 처리 챔버의 측벽에 상기 복수 개의 외부 주입부 각각이 연결되는 삽입공이 구비되며,
상기 처리 챔버 측벽 내부에 상기 삽입공과 연통되는 분사홈을 포함하는 플라즈마 처리 장치. According to claim 2,
An insertion hole through which each of the plurality of external injection units is connected is provided on a side wall of the processing chamber,
A plasma processing device including a spray groove inside a side wall of the processing chamber and communicating with the insertion hole.
상기 분사홈은 상기 처리 챔버 측벽의 길이 방향으로 연장되는 메인홈과,
상기 메인홈으로부터 분기되며 상기 웨이퍼에 대응되도록 연장되는 서브 홈을 포함하는 플라즈마 처리 장치.According to claim 3,
The injection groove includes a main groove extending in the longitudinal direction of the side wall of the processing chamber,
A plasma processing device comprising a sub-groove branching from the main groove and extending to correspond to the wafer.
상기 복수 개의 외부 주입부는 상기 고주파 전원부로부터 1 내지 3 GHz 주파수 및 3 내지 10Kw의 플라즈마 파워를 제공받도록 구성되는 플라즈마 처리 장치. According to claim 1,
The plurality of external injection units are configured to receive plasma power of 1 to 3 GHz frequency and 3 to 10 Kw from the high frequency power supply unit.
상기 플라즈마 가스 공급부에서 제공되는 플라즈마 가스는 N2 가스 및 NH3 가스를 포함하는 플라즈마 처리 장치. According to claim 1,
A plasma processing device wherein the plasma gas provided from the plasma gas supply unit includes N2 gas and NH3 gas.
상기 원료 가스 공급부에서 제공되는 원료 가스는 NF3 가스 및 NH3 가스인 플라즈마 처리 장치. According to claim 1,
A plasma processing device wherein the raw material gas provided from the raw material gas supply unit is NF3 gas and NH3 gas.
상기 복수 개의 외부 주입부는 각각 양측 단부를 갖는 실린더 형태로 구성되고,
상기 양측 단부 중 일측 단부에 상기 고주파 전원부 및 플라즈마 가스 공급부가 연결되고,
상기 양측 단부 중 타측 단부 주변에 상기 원료 가스 공급부가 연결되는 플라즈마 처리 장치. According to claim 1,
The plurality of external injection units are each configured in the form of a cylinder having both ends,
The high-frequency power supply unit and the plasma gas supply unit are connected to one end of the two ends,
A plasma processing device in which the raw material gas supply unit is connected around the other end of the two ends.
상기 복수 개의 외부 주입부에 고주파 전압, 플라즈마 가스 및 원료 가스를 공급하여, 상기 플라즈마 에천트를 생성하는 단계; 및
30 내지 50 파스칼(Pa)의 압력을 유지하며 복수 개의 웨이퍼가 적재된 배치 타입 처리 챔버내에 상기 복수 개의 외부 주입부에서 생성된 상기 플라즈마 에천트를 공급하는 단계를 포함하는 자연 산화막 제거 방법. It is located on a processing chamber and a side wall of the processing chamber, and is connected to a high-frequency power supply unit, a plasma gas supply unit, and a raw material gas supply unit to generate a plasma etchant internally and provide it to the processing chamber, and a plurality of external injection units made of sapphire material. and a portion, wherein the plurality of external injection portions are installed at equal intervals on each of one side wall of the processing chamber and the other side wall corresponding to the one side wall, and the plurality of external injection portions are located on each of the one side wall and the other side wall. As a method of removing a natural oxide film in a plasma processing device installed to correspond,
supplying high frequency voltage, plasma gas, and raw material gas to the plurality of external injection units to generate the plasma etchant; and
A method for removing a natural oxide film comprising supplying the plasma etchant generated from the plurality of external injection units into a batch-type processing chamber in which a plurality of wafers are loaded while maintaining a pressure of 30 to 50 Pascal (Pa).
상기 복수 개의 외부 주입부는 각각 상기 고주파 전압을 제공하는 고주파 전원부와 연결되며,
상기 고주파 전원부로부터 1. 5 내지 3GHz의 주파수 및 3 내지 10Kw의 파워를 제공받는 자연 산화막 제거 방법. According to claim 13,
The plurality of external injection units are each connected to a high-frequency power supply unit that provides the high-frequency voltage,
A natural oxide film removal method that receives a frequency of 1.5 to 3 GHz and a power of 3 to 10 Kw from the high frequency power supply.
상기 플라즈마 가스는 N2 가스 및 NH3 가스를 포함하는 자연 산화막 제거 방법. According to claim 13,
A method of removing a natural oxide film wherein the plasma gas includes N2 gas and NH3 gas.
상기 원료 가스는 NF3 가스를 포함하는 자연 산화막 제거 방법.According to claim 13,
A method of removing a natural oxide film wherein the raw material gas includes NF3 gas.
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