KR20100087678A - 선택적 에칭 및 이플루오르화 크세논의 형성 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이산화규소, 질화규소, 니켈, 알루미늄, TiNi 합금, 포토레지스트, 포스포실리케이트 유리, 붕소 포스포실리케이트 유리, 폴리이미드, 금, 구리, 백금, 크롬, 산화알루미늄, 탄화규소 및 이들의 혼합물로부터, 규소, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 탄탈, 니오븀, 붕소, 인, 게르마늄, 비소, 및 이들의 혼합물과 같은 물질을 선택적으로 제거하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 반도체 증착 챔버 및 반도체 툴, 미소 기전 시스템(MEMS)에서의 장치, 및 이온주입 시스템에 대한 세정 또는 에칭 공정에서 중요한 응용 분야와 관련되어 있다. Xe를 불소 함유 화학물질과 반응시켜 XeF2를 형성시키는 방법이 또한 제공되며, 여기서 불소 함유 화학물질은 F2, NF3, C2F6, CF4, C3F8, SF6, 업스트림 플라즈마 발생기로부터 발생된 F 원자를 함유한 플라즈마, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
Description
관련된 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 "SELECTIVE ETCHING OF TITANIUM NITRIDE WITH XENON DIFLUORIDE"의 발명의 명칭으로 2005년 11월 22일에 출원된 미국특허출원번호 제11/285,056호의 일부계속출원이다.
전자 산업에서, 선택된 물질이 타겟 기재 상에 증착되어 반도체와 같은 전자 부품을 생산하는 다양한 증착 기술이 개발되고 있다. 증착 공정의 한 타입으로는 가스상 반응물을 가열된 처리 챔버에 도입하여 요망되는 기재 상에 막을 증착시키는 화학적 기상 증착 (CVD)이 있다. CVD의 하나의 서브타입은 플라즈마가 CVD 처리 챔버에서 형성되는 플라즈마 강화 CVD (PECVD)로 칭하여 진다.
일반적으로, 모든 증착 방법은 타겟 기재 이외의 표면 상에 막 및 미립자 물질의 축적을 초래하며, 즉 증착 물질이 또한 벽, 툴 표면(tool surface), 서셉터(susceptor), 및 증착 공정에서 사용되는 다른 장비 상에 모여진다. 벽, 툴 표면, 서셉터 및 다른 장비 상에 쌓여진 임의의 물질, 막 등은 오염물로서 여겨지고, 전자 제품 부품에서 결함을 야기시킬 수 있다.
증착 챔버, 툴, 및 장비는 원치않는 오염 증착 물질을 제거하기 위해 주기적으로 세정되어야만 하는 것으로 널리 받아들여지고 있다. 증착 챔버, 툴 및 장비를 세정하는 일반적으로 바람직한 방법은 과불화 화합물 (PFC), 예를 들어 C2F6, CF4, C3F8, SF6, 및 NF3를 에칭 세정제로서 사용함을 포함한다. 이러한 세정 작업에서, 일반적으로 처리 가스 중에서 운반되는 화학적 활성 불소 종은 원치않는 오염 잔류물을 휘발성 생성물로 변환시킨다. 이후, 상기 휘발성 생성물은 반응기로부터 처리 가스와 함께 제거된다.
이온주입은 조절된 양의 도펀트 불순물을 반도체 웨이퍼에 정확하게 도입하기 위해 집적 회로 제작시에 사용되는 것으로, 마이크로전자/반도체 제작시에 중요한 공정이다. 이상적인 경우에서, 모든 공급원료 분자는 이온화되고 추출될 것이지만, 실제로는 특정 양의 공급원료 분해가 일어나고, 이는 이온 공급원 영역의 표면, 또는 이온 주입기 툴의 부품, 예를 들어 저전압 절연체 및 고전압 구성요소 상에 증착 및 이의 오염을 초래한다. 알려진 오염 잔류물로는 규소, 붕소, 인, 게르마늄 또는 비소가 있다. 주입 동안에, 주입기 전체에, 특히 이온 공급원 영역에 증착된 원치않는 잔류물의 효과적이고 선택적인 제거를 위한 인시튜(in situ) 세정 공정을 제공하는 것은 이온 주입 분야에서 상당한 진전일 것이다. 이러한 인시튜 세정은 개인 안전을 향상시키고 주입 장비의 안정적이고 중단되지 않는 작동에 기여할 것이다. 이러한 가스상 반응성 할라이드 조성물, 예를 들어 XeF2, NF3, F2, XeF6, SF6, C2F6, IFs 또는 IF7은 구성요소로부터 잔류물을 적어도 부분적으로 제거하고 이온주입기의 구성요소를 구성하는 물질에 대하여 잔류물을 선택적으로 제거하는 방식으로 적어도 부분적으로 제거하기 위하여 충분한 시간 동안 충분한 조건 하에서 오염된 부품에 도입된다.
미소 기전 시스템 (MEMS)에서, 희생층 (대개, 비정질 규소를 가짐) 및 보호층의 혼합물이 형성되며, 이에 따라 장치 구조재 층이 형성된다. 희생 물질을 선택적으로 제거하는 것은 구조재 릴리스 에칭 공정에 있어 중요한 단계이며, 여기서 수 마이크론의 희생 물질은 다른 구조재를 손상시키지 않으면서 등방적으로(isotropically) 제거되어야 한다. 에칭 공정은 보호층을 에칭시키지 않는 선택적 에칭 공정인 것으로 이해된다. MEMS에서 사용된 통상적인 희생 물질에는 규소, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 탄탈, 니오븀이 있다. 통상적인 보호 물질에는 니켈, 알루미늄, 포토레지스트, 산화규소, 질화규소가 있다.
희생 물질을 효과적으로 제거하기 위하여, 릴리스 에칭(release etching)은 희생층의 자발적 화학적 에칭, 바람직하게는 희생층을 제거하는 등방성 에칭(isotropic etching)을 가능하게 하는 에칭제 가스를 사용한다. 이플루오르화 크세논의 등방성 에칭 효과가 크기 때문에, 이플루오르화 크세논(XeF2)은 측면 에칭 공정(lateral etching process)을 위한 에칭제로서 사용된다.
그러나, 이플루오르화 크세논은 고가이고, 다루기 힘든 물질이다. 이플루오르화 크세논은 공기, 빛 또는 수증기(수분)와 접촉시에 불안정하게 된다. 모든 불화 크세논은 삼산화 크세논 및 불화수소의 형성을 막기 위하여 수분, 빛 및 공기로부터 보호되어져야 한다. 삼산화 크세논은 폭발 위험성이 있는 무색의 비휘발성 고체이다. 불화 수소는 위험할 뿐만 아니라 에칭의 효율을 감소시킨다.
추가적으로, 이플루오르화 크세논은 이플루오르화 크세논의 처리 챔버로의 전달을 어렵게 하는 낮은 증기압을 갖는 고체이다.
하기 참고문헌에는 반도체 제작에서 막의 증착 및 증착 챔버, 툴, 및 장비의 세정 및 기재의 에칭, MEMS에서 희생층의 에칭, 및 마이크로전자 장치의 제작에서 사용되는 이온주입 시스템에서의 이온 공급원 영역의 세정을 위한 공정이 설명되어 있다:
US 5,421,957호에는 냉벽 CVD 챔버의 저온 세정을 위한 공정이 기재되어 있다. 상기 공정은 수분 부재 조건하에서 인시튜로 수행된다. 단결정 규소(epitaxial silicon), 폴리규소, 질화규소, 산화규소, 및 내화 금속, 티타늄, 텅스텐 및 이들의 규화물과 같은 다양한 물질의 막 세정은 에칭제 가스, 예를 들어 삼불화질소, 삼불화염소, 육불화황, 및 사불화탄소를 이용하여 달성된다.
US 6,051,052호에는 이온-강화 플라즈마에서 에칭제로서 불소 화합물, 예를 들어 NF3 및 C2F6를 이용하여 전도성 물질을 비등방적 에칭하는 것이 기재되어 있다. 본 에칭제는 불소 함유 화학물질, 및 He, Ar, Xe 및 Kr로 이루어진 군으로부터 선택된 희가스(noble gas)로 구성되어 있다. 시험된 기재는 기재가 결합된 집적 회로를 포함한다. 일 구체예에서, 티타늄 층은 절연층 위에 텅스텐 플러그(plug)와 접촉되게 형성된다. 이후에, 알루미늄-구리 합금 층이 티타늄층 위에 형성되며 그 위에 질화티타늄층이 형성된다.
US 2003/0047691호에는 리소그래피 마스크(lithography mask)에서 물질을 에칭하거나 증착시키거나 결함을 복구하기 위해 전자빔 처리를 사용하는 것이 기재되어 있다. 일 구체예에서, 이플루오르화 크세논은 텅스텐 및 질환탄탈을 에칭시키기 위해 전자빔에 의해 활성화된다.
GB 2,183,204 A호에는 CVD 증착 하드웨어, 보트, 튜브, 및 석영 도기(quartz ware) 뿐만 아니라 반도체 웨이퍼의 인시튜 세정을 위해 NF3를 사용하는 것이 기재되어 있다. NF3는 질화규소, 다결정상 규소, 규화 티타늄, 규화 텅스텐, 내화 금속 및 규화물을 제거하기 위해 충분한 시간 동안 350℃를 초과하는 가열된 반응기에 도입된다.
문헌 [Holt, J. R., et al, Comparison of the Interactions of XeF 2 and F 2 with Si(100)(2X1), J. Phys. Chem. B 2002, 106, 8399-8406]에는 250 K에서 XeF2와 Si(100)(2X1)의 상호작용이 기재되어 있고, F2와의 비교가 제공되어 있다. XeF2는 실온에서 Si와 빠르고 등방적으로 반응하는 것으로 밝혀졌다.
문헌 [Chang, F. I., Gas-Phase Silicon Micromachining With Xenon Difluoride, SPIE Vol. 2641/117-127]에는 가스상의, 실온, 등방적인 규소 에칭제로서 XeF2를 사용하는 것이 기재되어 있으며, 알루미늄, 포토레지스트 및 이산화규소와 같은 미소 기전 시스템에서 사용되는 많은 물질에 대한 높은 선택성을 갖는다는 것이 언급되어 있다. 119쪽에서, 또한 XeF2가 규소 기재 상에 패턴화될 때, 이산화규소 뿐만 아니라 구리, 금, 티타늄-니켈 합금 및 아크릴에 대해 1000:1 보다 큰 선택성을 갖는다는 것이 언급되어 있다.
문헌 [Isaac, W.C. et al, Gas Phase Pulse Etching of Silicon For MEMS With Xenon Difluoride, 1999 IEEE, 1637-1642]에는 규소에 대한 등방적 가스상 에칭제로서 XeF2를 사용하는 것이 기재되어 있다. XeF2가 집적 회로 제작시에 많은 금속, 유전체 및 폴리머에 대해 높은 선택성을 갖는다고 보고되어 있다. 상기 저자는 또한 1637쪽에서 XeF2가 알루미늄, 크롬, 질화티타늄, 텅스텐, 이산화규소, 및 탄화규소를 에칭시키지 않는다고 언급하고 있다. 상당한 에칭은 또한 몰리브덴:규소; 및 티타늄:규소의 경우에서 각각 관찰되었다.
문헌 [Winters, et al, The Etching of Silicon With XeF 2 Vapor, Appl. Phys. Lett. 34(1) 1 January 1979, 70-73]에는 휘발성 SiF4 종을 생산하기 위해 고체 규소를 에칭시에 CF4의 불화카본(fluorocarbon) 플라즈마 유도 해리에서 발생된 F 원자 및 CF3 라디칼을 사용하는 것이 기재되어 있다. 상기 논문은 1.4 ×10-2 Torr, 300 K에서 규소를 에칭시키기 위한 XeF2의 사용에 관한 것이다. 다른 실험에서는 XeF2가 또한 몰리브덴, 티타늄 및 아마도 텅스텐을 빠르게 에칭시킴을 나타내었다. SiO2, Si3N4 및 SiC의 에칭은 XeF2로 효과적이지 않았지만, 에칭은 전자 또는 이온 충돌(ion bombardment)의 존재하에 효과적이었다. 상기 저자는 이러한 물질의 에칭이 F 원자 뿐만 아니라 방사선 또는 고온을 요구한다고 결론내었다.
US 6870654호 및 US 7078293호 둘 모두에는 이플루오르화 크세논을 대체하기 위해 불소기 또는 염소기를 갖는 에칭제를 사용하는 구조재 릴리즈 에칭 공정이 기재되어 있으며, 이는 이플루오르화 크세논을 이용하는 것으로부터 초래되는 어려움들을 방지한다. 그러나, 에칭 효과는 이플루오르화 크세논의 사용 만큼 효과적이지 않다. 이에 따라, US 6870654호 및 US 7078293호에는 처리 시간 등이 이플루오르화 크세논의 것과 같은 정도인 구조재 릴리즈 에칭 공정을 촉진시키기 위한 특별한 구조재가 기재되어 있다.
US20060086376호에는 마이크로전자 장치의 제작시에 이온 주입기의 구성요소로부터 잔류물 (규소, 붕소, 인, 게르마늄 또는 비소)을 세정하기 위해 XeF2를 사용하는 것이 기재되어 있다.
상세하게는, US20060086376호는 구성요소들로부터 잔류물을 적어도 부분적으로 제거하고 잔류물이 이온 주입기의 구성요소를 구성하는 물질에 대해 선택적으로 제거되는 방식으로 적어도 부분적으로 제거하기 위해 충분한 시간 동안 및 충분한 조건 하에서 진공 챔버 및/또는 구성요소들을 가스상 반응성 할라이드 조성물, 예를 들어 XeF2와 접촉시킴으로써 진공 챔버 및 이에 포함된 구성요소들로부터의 잔류물의 인시튜 제거에 관한 것이다.
산업에서의 목적 중 하나는 이산화규소 (SiO2) 및 질화규소 (SiN) 코팅 표면으로부터 제거하기 어려운 질화티타늄 (TiN) 막을 제거하기 위해 사용될 수 있는 신규한 에칭제를 발견하는 것이다. 이러한 표면들은 반도체 증착 챔버, 특히 석영 챔버 및 석영 도기, 반도체 툴 및 장비의 벽에서 발견된다. TiN 막을 공격하는 많은 통상적인 불소 계열 에칭제는 또한 SiO2 및 SiN 표면을 공격하고, 이에 따라 이는 반도체 증착 챔버 및 장비로부터 TiN 증착 생성물을 제거하는 경우에 허용되지 않는다.
다른 산업적 목적은 반도체 증착 챔버 및 반도체 툴 뿐만 아니라 MEMS에서의 장치에서 통상적으로 발견되는 표면과 같은 이산화규소 (석영) 표면으로부터 규소를 선택적으로 제거하는 방법을 제공하는 것이다.
또다른 산업적 목적은 낮은 소유 비용을 필요로 하는 경우 현장에서(on site) 이플루오르화 크세논을 발생시키거나 형성시키기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 일반적으로 반도체 증착 챔버 및 반도체 툴에서 발견되는 표면과 같은 이산화규소 (석영) 표면, 뿐만 아니라 일반적으로 반도체 툴 부품 등에서 발견되는 질화규소 (SiN) 표면으로부터 질환 티타늄 (TiN) 막 및 증착 생성물을 선택적으로 제거하기 위한 개선된 방법에 관한 것이다. 표면을 오염시키는 요망되는 않는 성분을 제거하기 위한 기본적인 공정에서, 에칭제는 접촉 구역에서 요망되지 않는 성분과 접촉되어 요망되지 않는 성분은 휘발성 종으로 변환된다. 휘발성 종은 이후 접촉 구역으로부터 제거된다. 접촉 구역에서 SiO2 및 SiN으로 이루어진 군으로부터 선택된 표면으로부터 요망되지 않는 TiN 증착 물질을 제거하기 위한 기본 공정은 에칭제로서 이플루오르화 크세논 (XeF2)를 사용함으로써 개선된다. SiO2 및 SiN로 이루어진 군으로부터 선택된 상기 표면이 휘발성 성분으로 변환되지 않도록 조건들이 조절된다.
반도체 증착 챔버 (때때로 반응 챔버로 칭함), 툴 부품, 장비 등으로부터 제거하기 매우 어려운 TiN 막 및 증착 물질의 선택적 에칭의 측면에서 주목할 만한 장점들은 하기의 것들을 포함한다:
증착 챔버의 세정시에 발견되는 석영, 즉 SiO2, 및 SiN 코팅 표면으로부터 TiN 막을 선택적으로 제거하는 능력;
중간정도의 온도에서 석영 표면으로부터 TiN 막을 제거하는 능력; 및
원거리 플라즈마(remote plasma)에서 일반적으로 불소 원자 공격에 의해 야기되는 역효과없이 SiO2 및 SiN 표면으로부터 TiN 막을 제거하기 위해 원거리 플라즈마에서 과불화(perfluoro) 에칭제를 활성화시키는 능력.
본 발명은 또한 챔버에서 제 1 물질 및 제 2 물질을 함유하는 구조재를 제공하고; 크세논(Xe), 불활성 가스 및 불소 함유 화학물로 이루어진 에칭제 가스를 상기 챔버에 제공하고; 상기 구조재를 에칭제 가스와 접촉시키고, 제 1 물질을 휘발성 종으로 선택적으로 변환시키고; 상기 챔버로부터 상기 휘발성 종을 제거함을 포함하며,
상기 제 1 물질은 규소, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 탄탈, 니오븀, 붕소, 인, 게르마늄, 비소, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되며; 제 2 물질은 이산화규소, 질화규소, 니켈, 알루미늄, TiNi 합금, 포토레지스트, 포스포실리케이트 유리, 붕소 포스포실리케이트 유리, 폴리이미드, 금, 구리, 백금, 크롬, 산화알루미늄, 탄화규소 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 제 2 물질에 대해 제 1 물질을 선택적으로 에칭시키는 방법을 기술한다.
본 발명은 또한 NF3, C2F6, CF4, C3F8, SF6, 업스트림 플라즈마 발생기로부터 발생된 F 원자를 함유한 플라즈마, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 불소 함유 화학물질을 챔버에 제공하고; 상기 챔버에서 크세논을 불소 함유 화학물질과 반응시켜 이플루오르화 크세논을 형성시킴을 포함하는, 챔버에서 이플루오르화 크세논을 형성시키는 방법을 기술한다.
도 1은 NF3 원거리 플라즈마에서 Ar에 관한 Xe 수준의 함수로서의 규소 기재의 에칭 속도의 도표이다.
도 2는 NF3 원거리 플라즈마에서 Ar에 관한 Xe 수준의 함수로서의 SiO2의 에칭 속도의 도표이다.
도 3은 NF3 원거리 플라즈마에서 Ar에 관한 Xe 수준의 함수로서의 이산화규소에 대한 규소의 에칭 선택성을 비교한 도표이다.
도 4는 NF3 원거리 플라즈마에서 Ar/NF3 및 Xe/NF3로부터의 푸리에 변환 적외선 스펙트럼 (FTIR)의 도표이다.
도 5는 NF3 원거리 플라즈마에서 Xe/NF3로부터의 푸리에 변환 적외선 스펙트럼 (FTIR)의 도표이다.
도 6은 NF3 원거리 플라즈마에서 Xe/(Xe+Ar)의 함수로서의 XeF2 및 XeF4 푸리에 변환 적외선 스펙트럼 (FTIR) 피크 높이의 도표이다.
도 7은 NF3 원거리 플라즈마에서 Xe/NF3 흐름비의 함수로서의 XeF2 및 XeF4 푸리에 변환 적외선 스펙트럼 (FTIR) 피크 높이의 도표이다.
도 8은 NF3 원거리 플라즈마에서 Xe/(Xe+Ar)의 함수로서의 XeF2 푸리에 변환 적외선 스펙트럼 (FTIR) 피크 높이 및 이산화규소에 대한 규소의 에칭 선택성의 도표이다.
도 9는 NF3 원거리 플라즈마에서 Ar에 관한 Xe 수준 및 온도의 함수로서의 TiN의 에칭 속도의 도표이다.
도 10은 NF3 원거리 플라즈마에서 Ar에 관한 Xe 수준 및 온도의 함수로서의 이산화규소의 에칭 속도의 도표이다.
도 11은 NF3 원거리 플라즈마에서 Ar에 관한 Xe 수준의 함수로서의 이산화규소에 대한 TiN의 에칭 선택성을 비교한 도표이다.
도 2는 NF3 원거리 플라즈마에서 Ar에 관한 Xe 수준의 함수로서의 SiO2의 에칭 속도의 도표이다.
도 3은 NF3 원거리 플라즈마에서 Ar에 관한 Xe 수준의 함수로서의 이산화규소에 대한 규소의 에칭 선택성을 비교한 도표이다.
도 4는 NF3 원거리 플라즈마에서 Ar/NF3 및 Xe/NF3로부터의 푸리에 변환 적외선 스펙트럼 (FTIR)의 도표이다.
도 5는 NF3 원거리 플라즈마에서 Xe/NF3로부터의 푸리에 변환 적외선 스펙트럼 (FTIR)의 도표이다.
도 6은 NF3 원거리 플라즈마에서 Xe/(Xe+Ar)의 함수로서의 XeF2 및 XeF4 푸리에 변환 적외선 스펙트럼 (FTIR) 피크 높이의 도표이다.
도 7은 NF3 원거리 플라즈마에서 Xe/NF3 흐름비의 함수로서의 XeF2 및 XeF4 푸리에 변환 적외선 스펙트럼 (FTIR) 피크 높이의 도표이다.
도 8은 NF3 원거리 플라즈마에서 Xe/(Xe+Ar)의 함수로서의 XeF2 푸리에 변환 적외선 스펙트럼 (FTIR) 피크 높이 및 이산화규소에 대한 규소의 에칭 선택성의 도표이다.
도 9는 NF3 원거리 플라즈마에서 Ar에 관한 Xe 수준 및 온도의 함수로서의 TiN의 에칭 속도의 도표이다.
도 10은 NF3 원거리 플라즈마에서 Ar에 관한 Xe 수준 및 온도의 함수로서의 이산화규소의 에칭 속도의 도표이다.
도 11은 NF3 원거리 플라즈마에서 Ar에 관한 Xe 수준의 함수로서의 이산화규소에 대한 TiN의 에칭 선택성을 비교한 도표이다.
질화티타늄 (TiN)의 증착은 일반적으로 전자 산업에서 집적 회로, 전기 부품 등의 제작시에 실행된다. 증착 공정에서, TiN 중 일부는 타겟 기재의 표면 이외의 표면, 예를 들어, 증착 챔버내의 벽과 표면 상에 증착된다. XeF2가 TiN으로 오염된 이산화규소 (SiO2) 및 질화규소 (SiN) 표면에 대한 선택적 에칭제로서 효과적인 것으로 밝혀졌다. 이러한 발견과 함께, 이산화규소 (석영) 또는 질환규소로 코팅되거나 라이닝된 반도체 반응기 또는 증착 챔버, 툴, 장비, 부품, 및 칩에서 발견되는 원치않는 TiN 막 및 증착 물질로 오염된 표면을 제거하기 위한 에칭제로서 이플루오르화 크세논 (XeF2)이 사용될 수 있다.
증착 챔버에서와 같은 SiO2 및 SiN 표면으로부터 원치않는 TiN 잔류물의 제거에서, XeF2는 TiN을 휘발성 TiF4로 변환시킨 후에 접촉 구역에서 접촉 구역으로부터 상기 휘발성 종을 제거하기 위한 조건하에서 상기 표면과 접촉된다. 종종, XeF2는 불활성 가스, 예를 들어 N2, Ar, He 등과 함께 첨가된다.
SiN 및 SiO2 표면으로부터 TiN 증착 물질을 제거하기 위한 공정을 수행함에 있어서, XeF2는 접촉 구역에 도입되기 전에 미리 형성될 수 있거나, 본 발명의 목적을 위하여 그리고 본원에서의 정의에 의하여, XeF2는 두가지 방법에 의해 형성될 수 있다.
XeF2의 인시튜 형성(in situ formation)의 일 구체예에서, 크세논 (Xe)은 불소 함유 화학물질에 첨가되고, 원거리 플라즈마 발생기에 채워진다. Xe는 얻어진 원거리 플라즈마(remote plasma)에 존재하는 F 원자와 반응하여 XeF2를 형성한다.
인시튜 구체예의 변형예인 다른 구체예에서, 불소 함유 화학물질은 원거리 플라즈마 발생기에 첨가된 후에, Xe 및 F 원자를 함유한 원거리 플라즈마는 원거리 플라즈마 발생기의 다운스트림의 챔버에 첨가된다. Xe는 챔버에서 F 원자와 반응하여 XeF2를 형성시킨다. 챔버는 임의 타입의 챔버, 예를 들어 처리 챔버, 증착 챔버, 세정 챔버, 반응기 및 플라즈마 발생기일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
XeF2를 형성시키기 위한 이러한 불소 함유 화학물질의 실례는 F2, NF3, C2F6, CF4, C3F8과 같은 과불화탄소, SF6와 같은 황 유도체, 업스트림 플라즈마 발생기로부터 발생된 F 원자를 함유한 원거리 플라즈마를 포함한다. 바람직한 구체예에서, NF3는 XeF2를 형성시키기 위한 불소 함유 화학물질로서 사용된다.
불소 함유 화학물질은 현장에서(onsite)에서 발생될 수 있다. 예를 들어, F2는 할로겐 발생기를 이용하여 현장에서 발생된 후에, 이러한 F2는 공정에 도입된다. 이는 불소의 조작과 관련한 위험성을 완화시키기 위한 가능한 수단일 것이다.
넓은 범위의 Xe 대 불소 함유 화학물질이 XeF2를 형성하는 인시튜 공정에서 사용될 수 있다. Xe 대 불소 함유 화학물질의 몰비는 원거리 플라즈마 중의 F 원자의 수준과 관련한 형성된 XeF2의 양에 의존적이다.
이론으로 제한되지 않는 한, 원거리 플라즈마는 불소 공급원으로서 도입되는 불소 함유 화학물질의 여기(excitation) 및 분해(dissociation)의 공급원으로서 작용하는 것으로 여겨진다. 불소 라디칼은 이후 플라즈마 발생 구역 바로 뒤의 영역에 존재하는 Xe와 반응한다. 불소 함유 종 뿐만 아니라 Xe를 여기시키기 위해 사용되는 에너지 이외에 이러한 구역의 경로 길이는 XeF2에 대한 선호와 XeF4의 경감의 균형을 이루게 함에 있어서 중요한 파라미터인 것으로 여겨진다.
또한, Xe가 플라즈마 여기 구역 바로 뒤의 공간에 도입된다는 것이 Xe가 여기되지 않기 때문에 XeF4 형성의 추가 감소를 초래할 수 있는 것으로 여겨진다. 크세논이 매우 낮은 준안정 에너지 상태를 갖는다는 것은 널리 공지된 것이다. 이러한 준안정 상태의 형성은 이러한 구역 내에서 형성된 XeF2 분자들 간의 추가적인 충돌 반응(collisional reaction)을 초래할 수 있다. 이러한 충돌은 XeF2를 XeF와 F 라디칼로의 분해를 초래할 수 있다. 이러한 종들은 이후 다른 XeF2 분자와 추가 반응하여 XeF4를 형성할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 여기 후 Xe를 도입함으로써, Xe 준안정 상태가 형성되지 않는다. 따라서, XeF4의 형성이 감소될 것이다. 이는 제 2 구체예, 즉 인시튜 구체예의 변형예에서 기술되며, 여기서 Xe는 플라즈마 발생기의 업스트림에서 발생된 F 원자를 함유한 원거리 플라즈마에 첨가된다.
바람직한 몰비는 1:10 내지 10:1의 Xe 대 불소 함유 화학물질이다. 임의적으로, 불활성 가스, 예를 들어 아르곤은 SiO2에 대한 TiN의 선택적 에칭, 및 SiO2 및 SiN에 대한 SiN 또는 Si의 선택적 에칭을 조절하는 수단으로서 XeF2의 원거리 플라즈마 발생에서 포함될 수 있다.
SiO2 및 SiN 표면으로부터 TiN을 제거하기 위해 적합한 압력은 0.5 내지 50 Torr, 바람직하게는 1 내지 10 Torr이다. 이산화규소 표면 (석영) 및 SiN 표면으로부터 TiN 막의 선택적 에칭을 달성하기 위한 온도는 주로 공정이 수행되는 방법에 따른다. 이에 의해 XeF2가 미리 형성되고, 접촉 구역에 바로 첨가되는 경우, 온도는 적어도 100℃, 예를 들어 100 내지 800℃, 바람직하게는 150 내지 500℃로 상승될 것이라는 의미를 갖는다. XeF2에 대한 압력은 적어도 0.1 Torr, 예를 들어 0.1 내지 20 Torr, 바람직하게는 0.2 내지 10 Torr일 것이다. 온도가 증가함에 따라 에칭(Si 에칭)의 속도가 감소되는 종래 공정과는 상반되게, 본원에서 에칭 속도는 온도가 증가함에 따라 증가한다. 온도의 증가는 TiN 에칭의 속도를 증가시키는 것으로 여겨지는데, 이는 TiF4가 이러한 조건하에서 휘발성이고, SiO2 및 SiN 표면으로부터 용이하게 제거되기 때문이다. 보다 낮은 온도는 SiO2 및 SiN 표면 가까이에 TiF4 종을 잔류시켜 XeF2의 공격을 차단한다.
XeF2를 형성시키는 인시튜 공정에서, 세정 또는 에칭은 원거리 플라즈마의 존재하에 완료된다. 원거리 플라즈마가 존재할 때의 온도는 주변온도 내지 500℃, 바람직하게는 주변온도 내지 300℃의 범위일 수 있다.
본 기술된 XeF2를 형성시키는 방법은 인시튜 세정 공정에 대해 상당한 진전을 제공한다. 이러한 점에서, 상기 방법은 저비용으로 XeF2를 생산하기 위한 공정을 제공할 뿐만 아니라 주요 셧다운(major shut down)을 요구하지 않으면서 원치않는 잔류물의 효과적인 선택적 제거를 제공하고, 또한 낮은 유지비용을 제공한다. 또한, 본 기술된 방법은 낮은 증기압 고체 보다 높은 증기압 가스를 사용한다. 이는 가스가 보다 많이 흐르고 이에 따라 보다 큰 에칭 속도가 가능하기 때문에 생산성을 개선시킨다.
본 기술된 XeF2를 형성시키는 방법의 이용으로부터의 또다른 잇점은 XeF2 이외에, 일부 자유 불소 라디칼이 또한 제공되어 XeF2만이 접촉할 때 반응되지 않을 수 있는 잔류물의 제거를 촉진시킬 수 있다는 것이다. 이는 모든 선택적 세정/에칭 적용, 예를 들어 원치않게 증착된 일부 잔류물을 지닌 SiO2로 코팅된 부품 및 반도체 툴의 세정; MEMS에서의 희생층의 에칭, 및 마이크로전자 장치의 제작시에 사용되는 이온주입 시스템의 이온 공급원 영역에서의 잔류물 세정에 대해 유익하다.
하기 실시예는 본 발명의 여러 구체예를 설명하기 위해 제공된 것으로서, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
실시예 1
다양한 온도 및 압력에서 증착 물질의 에칭에 있어서 XeF2의 효과
본 실시예에서, TiN, SiO2, 및 SiN의 에칭 속도를 다양한 온도 및 압력에서 에칭제로서 XeF2를 이용하여 측정하였다. 실험 샘플을 TiN, SiO2, 및 SiN의 박막으로 코팅된 Si 웨이퍼로부터 제조하였다. 에칭 속도를 최초 막 두께와 에칭 또는 처리 조건으로의 적절한 노출(timed exposure) 후의 막 두께 사이의 박막 두께 변화로 계산하였다.
에칭을 달성하기 위하여, 벌크 XeF2 가스를 실린더로부터 사용되지 않은 원거리 플라즈마 발생기를 통해 반응기 챔버로 도입하였다. 반응기 챔버에서의 XeF2 가스 압력을 요망되는 압력에 도달한 직후에 실린더로부터의 흐름을 정지시킴으로써 일정하게 유지시켰다.
시험 쿠폰을 상이한 기재 온도를 유지시키기 위해 사용된 받침 히터(pedestal heater)의 표면 상에 배치시켰다. 결과를 하기 표 I에 나타내었다.
표 I
XeF2를 이용한 다양한 물질에 대한 에칭 속도
상기 결과는, 0.5 내지 1 Torr의 온도에서, XeF2가 150 내지 300℃의 상승된 온도에서 TiN 막을 에칭시킴에 있어서 효과적이지만 25℃ 실온에서 효과적이지 않음을 나타내고 있다. 놀랍게도, XeF2는 사용된 임의의 온도 및 압력에서 SiO2 또는 SiN 표면을 에칭시키지 못하였지만, 이러한 온도에서 TiN 막을 에칭시켰다. XeF2가 이러한 온도에서 SiO2 및 SiN 표면을 에칭시키지 못하였지만 TiN 막을 에칭시켰기 때문에, XeF2는 SiO2 및 SiN 표면으로부터 TiN 막 및 입자에 대한 선택적 에칭제로서 사용될 수 있다고 결론낼 수 있었다.
실시예 2
SiO2에 대한 Si의 선택적 에칭
본 실시예에서, MKS 아스트론(Astron) 원거리 플라즈마 발생기를 반응기 챔버의 상부에 탑재시켰다. 아스트론 발생기의 배출구와 샘플 쿠폰 사이의 거리는 약 6 인치였다. 원거리 플라즈마 발생기를 작동시키고, 반응기 챔버에서 받침 히터를 정지시켰다. 챔버를 실온으로 유지시켰다. 원거리 플라즈마를 이용하여 Si 및 SiO2 기재 둘 모두의 에칭 속도를 측정하였다.
원거리 플라즈마에 대한 처리 가스는 NF3이었으며, 이를 다양한 양으로 제 2 가스 스트림과 혼합하였다. 제 2 가스 스트림은 Xe, 아르곤 (Ar), 또는 이의 조합물로 이루어진 것이다. 반응 챔버로의 전체 가스 유속을 400 sccm으로 고정시키고, NF3 유속을 80 sccm으로 고정시켰다. 제 2 가스 스트림의 전체 유속을 320 sccm으로 유지시키는 동안, 제 2 가스 스트림의 전체 유속에 대한 Xe의 유속의 비율(Xe/(Ar+Xe))을 0 (추가 처리 가스로서 단지 Ar) 내지 1 (추가 처리 가스로서 단지 Xe) 사이에서 다양하게 하였다. Si 기재 에칭의 결과는 도 1에 도시되어 있으며, SiO2 기재 에칭의 결과는 도 2에 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 처리 가스, NF3에 Xe의 첨가는 Si 에칭속도를 향상시켰다. NF3와 함께 원거리 플라즈마 발생기에 Xe의 첨가는 Si 에칭을 향상시키는 플라즈마를 발생시킬 것이라는 것은 예상치 못한 것이다.
도 2는 NF3/아르곤 플라즈마에 Xe의 첨가가 SiO2 기재 에칭 속도를 억제함을 나타내고 있으며, 이는 예상치 못한 것이다. 원거리 플라즈마에 존재하는 F 원자는 대개 SiO2 계열 기재를 공격한다.
도 1의 분석과 함께, 플라즈마에 Xe의 첨가는 Si 기재 에칭을 향상시키지만, 실시예 1에 기재된 바와 같이 SiO2 기재 에칭을 감소시키거나 억제시킬 것으로 추측된다.
도 3은 SiO2와 관한 Si에 대한 에칭 선택성에 있어서 NF3 처리 가스에 Xe의 첨가의 효과를 비교하기 위해 제공된 것이다. 도 1 및 도 2의 결과를 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 도 3은 SiO2에 비해 Si에 대한 에칭 선택성이 처리 가스 중의 Xe의 양이 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타낸다. 상세하게는, 선택성은 가스 스트림 중의 Xe의 백분율이 0%에서 100%로 증가됨에 따라 30에서 250으로 증가하였다 (>8 배).
MEMS에서의 통상적인 희생 물질은 규소, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 탄탈, 니오븀이다. 통상적인 보호 물질은 니켈, 알루미늄, 포토레지스트, 산화규소, 질화규소이다.
실시예 3
SiO2에 대한 몰리브덴 (Mo)의 선택적 에칭
길이가 2.5 m이고 직경이 25 cm인 큰 실린더형 SS 에칭 챔버를 사용하여 MEMS 적용에서 다른 통상적인 희생 물질의 에칭 속도를 측정하였다: 몰리브덴 (Mo). 원거리 플라즈마를 수냉각된 MKS Astron AX7670 6 slpm 유닛을 이용하여 발생시켰다. 플라즈마 공급원을 내경이 4 cm이고 길이가 10 cm인 수송 튜브를 이용하여 챔버에 연결시켰다. 샘플을 튜브의 로딩/비로딩 단부로부터 2 피트에 배치시켰다.
2.75 torr, 275 sccm NF3 유속 및 600 sccm Xe 또는 Ar 유속에서, Mo의 에칭 속도는 1.1 마이크론/분이었다. SiO2의 에칭속도는 NF3/Ar 가스 혼합물의 경우 82 nm/분이었고, NF3/Xe 혼합물에 경우 26 nm/분이었다. 이에 따라, Xe/NF3 혼합물의 선택성은 Ar/NF3 혼합물의 선택성에 비해 3배 이상이었다. Mo 에칭 속도는 표면 산화물에 의해 제한된다는 것에 주목한다. 이의 본래 산화물을 파괴하기 위한 표면 제조물 처리와 함께, Mo의 에칭 속도는 > 2.7 마이크론/분으로 향상될 수 있다.
실시예 4
Xe 및 NF3의 반응에 의한 XeF2의 인시튜 형성
본 실시예에서, 실시예 2의 절차를 수행하였다. 6slpm MKS Astron eX 원거리 플라즈마 발생기가 장착된 Applied Materials P5000 DxZ2 PECVD 챔버를 푸리에 변환 적외선 스펙트럼(FTIR) 연구를 위해 사용하였다. FTIR 측정을 주변압력에서 챔버 펌프의 다운스트림에서 수행하였다. 150℃에서 5.6 cm 경로 길이 셀을 이용하였다. 기기 해상도는 2 cm-1이었다.
도 4는 실시예 2에서와 동일한 조건하에서 수집된 FTIR 스펙트럼을 나타낸 것이다: 4 torr의 압력, 400 sccm의 전체 가스 흐름, 80 sccm의 NF3 흐름, 320 sccm의 Xe 및 Ar의 전체 흐름. 분명한 주요 피크(dominant peak)는 Xe/NF3 스펙트럼에서 500-600 cm-1 범위에서 나타났으며, Ar/NF3 스펙트럼에서는 이러한 영역에서 어떠한 피크도 나타나지 않았다. 551.5 cm-1 및 570.3 cm-1에서의 두개의 주피크는 XeF2 피크로서 확인되었다. XeF3 제조업자로부터의 기준 스펙트럼은 550.8 및 566.4 cm-1에서 피크 위치를 나타내었다.
도 5는 Xe 및 NF3이 존재하는 경우, 3개의 주요 피크가 551, 570, 및 590 cm-1에서 관찰됨을 나타낸다. XeF2는 551, 567 cm-1에서의 피크에 의해 확인되었으며, XeF4는 580, 590 cm-1에서 검출되었다. 이에 따라, 567 cm-1에서의 피크는 567 및 580 cm-1에서의 피크의 조합이었다. 따라서, XeF2 및 XeF4 둘 모두는 Xe/NF3 혼합물에서 형성되었다. FTIR 스펙트럼으로부터 XeF6 또는 XeOF4 형성에 대한 어떠한 증거도 발견되지 않았다.
표 II는 압력이 0.5 내지 5 torr에서 변경되고, Xe 유속이 200-1000 sccm에서 변경되고, NF3 유속이 50 내지 500 sccm에서 변경되는 여러 조건을 나타낸다. 모든 경우에서, XeF2 피크가 검출되었다. 피크 값을 하기 표에 기록하였다.
표 II
피크들은 일부 조건하에서 포화되는 경향이 있으며, 이에 따라 520.1 cm-1에서 XeF2 피크의 리딩 모서리(leading edge) 및 603.1 cm-1에서 XeF4 피크의 트레일링 모서리(trailing edge)가 또한 분석되었다. XeF2/XeF4 비율는 530 cm-1 및 603 cm-1에서 피크 높이 값의 비율로서 규정되었다.
반응 표면 회귀(response surface regression)를 이용한 실험 결과를 하기 표 III에 요약하였다.
표 III
Xe이 흐름은 여기의 모든 조건 하에서 NF3의 흐름 보다 크며, 이에 따라 NF3는 보다 강력한 인자임을 주목한다. NF3 흐름이 클수록 XeF2 및 XeF4 피크 모두는 증가되었으며, Xe는 상기 피크에 약하게 영향을 미쳤다 (과량의 Xe가 존재하기 때문). 압력은 XeF2 피크에 대해 약한 효과를 갖지만, XeF4 피크에 대해 강력한 효과를 갖는다. 아스트론 작동 압력은 통상적으로 1-10 torr이다.
이에 따라, 압력은 XeF4 형성을 조절하는 중요한 파라미터이다. XeF4는 가수분해되어 폭발성이고 충격에 민감한 화합물인 XeO3를 형성시킬 수 있다. 현 실험 조건 하에서, XeF2/XeF4 비율은 높은 Xe, 낮은 NF3 및 저압 조건하에서 최대화될 수 있다. 예를 들어, Xe의 유속이 1000 sccm이며, NF3의 유속이 50 sccm이며, 압력이 0.5 torr이었다.
도 6은 Xe/(Xe+Ar)의 함수로서의 XeF2 FTIR 피크 높이 및 XeF4 FTIR 피크 높이를 나타낸다. 피크 높이의 단위는 임의 단위이다. Xe 흐름 비율이 증가함에 따라, 생산된 XeF2가 증가하였고, XeF4 비율이 감소하였다. 높은 Xe 흐름은 XeF4에 비해 XeF2의 형성을 최대화하기 위해 바람직하다. 도 7에서는 Xe/NF3 유속의 비의 함수로서의 XeF2/XeF4 FTIR 피크 높이의 비를 나타낸 것이다. 명확하게는, 높은 Xe/NF3의 비는 XeF4에 비해 XeF2의 형성을 최대화하기 위해 바람직하다.
도 8은 Xe/(Xe+Ar)의 함수로서의 XeF2 FTIR 피크 높이 (오른쪽 Y-축) 및 Si/SiO2의 에칭 선택성 (왼쪽 Y-축)을 나타낸 것이다. Si/SiO2의 에칭 선택성은 XeF2의 인시튜 형성과 명확하게 관련이 있었다.
XeF2를 생성시키기 위한 플라즈마 여기의 사용은 또한 이를 제조하는 것과 직접적으로 관련되지 않는 공정에서 에칭제로서 사용하기 위해 XeF2를 제조하는데 사용될 수 있다. 데이타에서는 XeF2의 생산에 명확하게 유익하고 XeF4의 생산을 최소화하는 조건을 나타내고 있다. 이후에 반응하여 XeO3를 형성하는 경우 이의 폭발성으로 인하여 XeF4의 생산을 최소화하는 것이 매우 바람직하다. XeF2가 플라즈마 발생기 이후의 반응 구역에서 형성됨에 따라, 차가운 표면 상에 물질을 응축하기 위해 극저온 트랩핑(cryogenic trapping)을 사용하여 상기 구역으로부터 제거될 수 있다. 고체 XeF2는 이후 처리 챔버로부터 추출되고 에칭 공정에서 사용하기 위해 전달 실린더(delivery cylinder)로 다시 채워질 수 있다. XeF4 형성을 감소시키기 위해 과량의 크세논이 도입되기 때문에, XeF2의 제조를 위해 요구되는 모든 크세논의 생산적 이용을 확보하기 위하여 크세논 회수 또는 크세논의 상기 공정으로의 재순환을 이용하는 것이 매우 유익하다.
실시예 5
TiN 및 SiO2의 에칭 속도에 대한 원거리 플라즈마 및 온도의 효과
본 실시예에서, 다양한 기재 온도에서 원거리 플라즈마를 이용하여 TiN 및 SiO2 둘 모두의 에칭 속도를 측정하기 위해 원거리 플라즈마 발생기 및 받침 히터 둘 모두를 작동시키는 것을 제외하고 실시예 2의 절차를 수행하였다.
실험의 제 1 세트에서, TiN 및 SiO2의 에칭 속도를 처리 가스로서 NF3 및 Xe의 혼합물을 이용하여 측정하였다. Xe의 유속을 320 sccm으로 고정시켰다. 온도를 100℃ 내지 150℃ 사이에서 변경시켰다. 이러한 실험의 결과는 TiN 및 SiO2에 대해 각각 도 9 및 도 10에서 사각점으로 나타내었다.
실험의 제 2 세트에서, TiN 및 SiO2의 에칭 속도를 처리 가스로서 NF3 및 아르곤 (Ar)의 혼합물을 이용하여 측정하였다. Ar의 유속을 320 sccm으로 고정시켰다. 온도를 100℃ 내지 150℃ 사이에서 변경시켰다. 이러한 실험의 결과는 TiN 및 SiO2에 대해 각각 도 4 및 도 5에서 다이아몬드점으로 나타내었다.
도 9에 도시된 바와 같이, 처리 가스에 Xe의 첨가는 일반적으로 130℃를 초과하는 온도에서 TiN 에칭 속도를 향상시켰다. 도 10에서는 NF3에 Xe의 첨가가 NF3에 Ar의 첨가에 관하여 연구된 모든 온도에 대해 SiO2 에칭 속도를 억제함을 나타내고 있다. 에칭 선택성에 있어서 처리 가스에 Xe 첨가의 효과는 도 9 및 도 10에서의 결과를 비교함으로써 확인될 수 있다. 도 11에서는 SiO2에 관한 TiN에 대한 에칭 선택성을 나타내고 있으며, 그 그래프는 TiN 선택성이 Ar에 비해 NF3 처리 가스에 Xe의 첨가와 함께, 약 110℃를 초과하는 온도에서 증가, 및 120℃를 초과하는 온도에서 빠르게 증가하기 시작함을 나타내고 있다.
요약하면, 실시예 1에서는 XeF2가, 이러한 에칭이 상승된 온도에서 수행될 때 이산화규소 및 질화규소 기재에 비해 TiN 막에 대한 선택적 에칭제임을 나타내고 있다.
실시예 2 및 실시예 3에서는 원거리 플라즈마 발생기 (또는 반응기 또는 챔버)에서 NF3 처리 가스에 Xe의 첨가가, NF3 만을 처리 가스로서 사용할 때의 에칭 선택성과 비교하여 SiO2에 대한 Si 또는 Mo의 에칭 선택성을 증가시킬 수 있음을 나타내고 있다.
실시예 4에서는 크세논 및 불소 함유 가스, 예를 들어 NF3가 플라즈마 발생기 (또는 반응기 또는 챔버)에 도입될 때, XeF2의 인시튜 형성이 관찰됨을 나타내고 있다. 세정 공정을 위해 XeF2를 직접 사용하는 것 보다 NF3와 같은 불소 함유 가스를 크세논과 조합하는 것이 경제적인 장점을 갖는다 (즉, 소유 비용 절감). 기술된 XeF2를 형성시키는 방법을 이용하는 것으로부터의 또다른 잇점은 이러한 것들이 XeF2 이외에, 일부 자유 불소 라디칼을 제공한다는 것인데, 이러한 자유 불소 라디칼은 단지 XeF2와 접촉할 때 반응성을 나타내질 않을 수 있는 잔류물의 제거를 촉진시키는데 도움이 된다.
실시예 5에서는 원거리 플라즈마에서 NF3 처리 가스에 Xe의 첨가가 NF3만을 처리 가스로서 사용될 때의 에칭 선택성과 비교하여 고온(상승된 온도)에서 SiO2에 대한 TiN의 에칭 선택성을 증가시킬 수 있음을 나타내고 있다. SiO2에 대한 TiN의 선택성의 증가는 석영 튜브 용광로 적용에서 및 TiN 증착물을 갖는 SiO2로 코팅된 부품 및 반도체 툴에 대해 중요하다. 이러한 방법론은 원거리 다운스트림 플라즈마 유닛을 처리 반응기 상으로 연결하고 처리 가스를 수용함으로써 증착 사이클들 사이에서 증착 반응기의 세정을 촉진시킬 수 있다. 이러한 세정 공정을 위해 XeF2를 사용하는 것 보다 NF3와 같은 불소 함유 가스를 크세논과 조합하는 것이 경제적인 장점을 가질 수 있다 (즉, 소유 비용 절감).
본 실시예에서 기술된 세정 공정은 또한 유일한 목적이 이들의 재사용 전에 처리 반응기 부품을 세정하기 위한 것인 오프-라인 처리 반응기에서 사용될 수 있다. 여기에서, 원거리 다운스트림 플라즈마 반응기는 오프-라인 처리 반응기 상에 배치된 부품 (증착 반응기로부터의 구성요소)에 연결될 것이다. 크세논 및 불소 함유 가스, 예를 들어 NF3는 이후 세정될 부품을 포함한 챔버에 처리 가스를 수용하기 전에 원거리 다운스트림 유닛에 도입될 것이다.
SiO2에 대한 Si, Mo, 또는 TiN의 선택성 증가, 및 기술된 XeF2를 형성시키는 방법은 많은 적용, 예를 들어, 원치않는 Si, Mo, 또는 TiN 증착물을 갖는 SiO2로 코팅된 부품 및 반도체 툴의 세정; MEMS에서의 희생층의 에칭; 및 마이크로전자 장치의 제작시에 사용되는 이온주입 시스템의 이온 공급원 영역에서 잔류물 세정에서 중요하다.
본 출원은 Si3N4, Al, Al203, Au, Ga, Ni, Pt, Cu, Cr, TiNi 합금, SiC, 포토레지스트, 포스포실리케이트 유리, 붕소 포스포실리케이트 유리, 폴리이미드, 금, 구리, 백금, 크롬, 산화알루미늄, 탄화규소, 및 이의 조합으로부터 텅스텐, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 탄탈, 니오븀, 붕소, 인, 게르마늄, 비소, 및 혼합물과 같은 다른 원치않는 물질을 세정시키는 것으로 확장될 수 있다.
Claims (25)
- 제 1 물질 및 제 2 물질을 함유하는 구조재를 챔버에 제공하고;
크세논(Xe), 불활성 가스 및 불소 함유 화학물질로 이루어진 에칭제 가스(etchant gas)를 상기 챔버에 제공하고;
상기 구조재를 상기 에칭제 가스와 접촉시키고 제 1 물질을 휘발성 종으로 선택적으로 변환시키고;
상기 챔버로부터 상기 휘발성 종을 제거함을 포함하는, 제 2 물질에 대해 제 1 물질을 선택적으로 에칭하는 방법으로서, 여기서
제 1 물질은 규소, 몰리브덴, 텅스텐, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 탄탈, 니오븀, 붕소, 인, 게르마늄, 비소 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되며; 제 2 물질은 이산화규소, 질화규소, 니켈, 알루미늄, TiNi 합금, 포토레지스트, 포스포실리케이트 유리, 붕소 포스포실리케이트 유리, 폴리이미드, 금, 구리, 백금, 크롬, 산화알루미늄, 탄화규소 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법. - 제 1항에 있어서, 불소 함유 화학물질이 F2, NF3, C2F6, CF4, C3F8, SF6, 업스트림 플라즈마 발생기로부터 발생된 F 원자를 함유한 플라즈마, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
- 제 1항에 있어서, 불소 함유 화학물질이 업스트림 플라즈마 발생기로부터 발생된 F 원자를 함유한 플라즈마인 방법.
- 제 1항에 있어서, 불활성 가스가 Xe, Ar, He 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 방법.
- 제 1항에 있어서, 챔버가 원거리 플라즈마 발생기(remote plasma generator)를 포함한 방법.
- 제 1항에 있어서, 챔버의 온도가 주변온도 내지 500℃인 방법.
- 제 1항에 있어서, 챔버의 압력이 0.1 내지 10 Torr인 방법.
- 제 1항에 있어서, Xe 대 불소 함유 화학물질의 몰비가 1:10 내지 10:1인 방법.
- 제 1항에 있어서, 구조재가 반도체 장치 또는 반도체 처리 챔버인 방법.
- 제 1항에 있어서, 구조재가 마이크로전자기계 장치인 방법.
- 제 1항에 있어서, 구조재가 이온주입 시스템에서 이온 주입기 툴(ion implanter tool)인 방법.
- Xe 가스를 챔버에 제공하고;
NF3, C2F6, CF4, C3F8, SF6, 업스트림 플라즈마 발생기로부터 발생된 F 원자를 함유한 플라즈마, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 불소 함유 화학물질을 상기 챔버에 제공하고;
상기 챔버에서 크세논을 불소 함유 화학물질과 반응시켜 이플루오르화 크세논(xenon difluoride)을 형성시킴을 포함하는, 챔버에서 이플루오르화 크세논을 형성시키는 방법. - 제 12항에 있어서, 불소 함유 화학물질이 업스트림 플라즈마 발생기로부터 발생된 F 원자를 함유한 플라즈마인 방법.
- 제 12항에 있어서, Xe 대 불소 함유 화학물질의 몰비가 1:10 내지 10:1인 방법.
- 제 12항에 있어서, 챔버가 플라즈마 발생기를 포함하는 방법.
- 제 15항에 있어서, 플라즈마 발생기가 원거리 플라즈마 발생기인 방법.
- 제 12항에 있어서, 챔버의 온도가 주변온도 내지 500℃인 방법.
- 제 12항에 있어서, 챔버의 압력이 0.1 내지 10 Torr인 방법.
- 챔버에 규소, 몰리브덴, 또는 몰리브덴을 함유한 규소, 및 이산화규소, 질화규소, 또는 질화규소를 함유한 이산화규소를 함유한 구조재를 제공하고;
상기 챔버에 크세논(Xe), 불활성 가스 및 불소 함유 화학물질로 이루어진 에칭제 가스를 제공하고;
상기 구조재를 상기 에칭제 가스와 접촉시키고, 상기 규소, 몰리브덴, 또는 몰리브덴을 함유한 규소를 휘발성 종으로 선택적으로 변환시키고;
상기 챔버로부터 상기 휘발성 종을 제거함을 포함하는, 이산화규소, 질화규소, 또는 질화규소를 함유한 이산화규소에 대해 규소, 몰리브덴, 또는 몰리브덴을 함유한 규소를 선택적으로 에칭하는 방법. - 제 19항에 있어서, 불소 함유 화학물질이 F2, NF3, C2F6, CF4, C3F8, SF6, 업스트림 플라즈마 발생기로부터 발생된 F 원자를 함유한 플라즈마, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 방법.
- 제 19항에 있어서, 불소 함유 화학물질이 업스트림 플라즈마 발생기로부터 발생된 F 원자를 함유한 플라즈마인 방법.
- 제 19항에 있어서, 불활성 가스가 Xe, Ar, He 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 방법.
- 제 19항에 있어서, 챔버가 원거리 플라즈마 발생기를 포함하는 방법.
- 제 19항에 있어서, 상기 구조재가 반도체 장치 또는 반도체 처리 챔버인 방법.
- 제 19항에 있어서, 구조재가 이온주입 시스템에서 이온주입기 툴인 방법.
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