KR20180016308A - 플라즈마 처리에 의한 불화 알루미늄 경감 - Google Patents

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Abstract

본원에서 설명되는 구현예들은 일반적으로, 반도체 기판-프로세싱 챔버의 하나 또는 그 초과의 내부 표면들로부터, 원치 않는 증착 축적물(buildup)을 인-시츄(in-situ) 제거하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다. 일 구현예에서, 방법은, 불소-함유 세정 가스 혼합물로부터 반응성 불소 종을 형성하는 단계를 포함한다. 방법은, 반응성 불소 종을 기판-프로세싱 챔버의 프로세싱 용적 내로 전달하는 단계를 더 포함한다. 프로세싱 용적은 하나 또는 그 초과의 알루미늄-함유 내부 표면들을 포함하며, 그러한 내부 표면들은 내부 표면들 상에 형성된 원치 않는 증착물들(deposits)을 갖는다. 방법은, 불화 알루미늄을 형성하기 위해, 반응성 불소 종이, 기판-프로세싱 챔버의 알루미늄-함유 내부 표면들 및 원치 않는 증착물들과 반응하는 것을 허용하는 단계를 더 포함한다. 방법은, 프로세싱 용적에 반응성 질소 종을 형성하기 위해, 질소-함유 세정 가스 혼합물을 인-시츄 플라즈마에 노출시키는 단계를 더 포함한다. 방법은, 불화 알루미늄을 질화 알루미늄으로 변환시키기 위해, 반응성 질소 종이 불화 알루미늄과 반응하는 것을 허용하는 단계를 더 포함한다.

Description

플라스마 처리에 의한 불화 알루미늄 경감{ALUMINUM FLUORIDE MITIGATION BY PLASMA TREATMENT}
[0001] 본원에서 설명되는 구현예들은 일반적으로, 반도체 기판-프로세싱 챔버의 하나 또는 그 초과의 내부 표면들로부터, 원치 않는 증착 축적물(buildup)을 인-시츄(in-situ) 제거하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다.
[0002] 증착 프로세스들 동안에, PECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition) 프로세싱 챔버들의 챔버 부분들 및 벽들과 같은 내부 표면들 상에서 재료들의 원치 않는 증착이 일어날 수 있다. 그러한 원치 않는 증착은 챔버 내에서 입자들 및 플레이크들(flakes)을 생성할 수 있어서, 프로세스 조건들의 드리프트(drift)를 초래하고, 더 중요하게는, 프로세스 재현성(reproducibility) 및 균일성에 영향을 미친다.
[0003] 생산을 위한 소유 비용을 감소시키고 막 품질을 유지하면서 높은 챔버 가용성(availability)을 달성하기 위해, 챔버 세정이 전형적으로, 벽 및 프로세스 키트들, 예컨대, 샤워헤드, 등을 포함하여 프로세싱 챔버의 내부 표면들로부터 재료 잔류물을 제거하는 데에 사용된다. 불행하게도, 대부분의 현재의 챔버 세정 프로세스들은 프로세싱 챔버의 내부 표면들에 악영향을 미쳐서, 부가적인 입자들 및 플레이크들의 생성을 초래한다.
[0004] 따라서, 기판-프로세싱 챔버들의 표면들에 악영향을 미치지 않으면서 기판-프로세싱 챔버들로부터 원치 않는 증착물들(deposits)을 제거하기 위한 방법들에 대한 필요성이 존재한다.
[0005] 본원에서 설명되는 구현예들은 일반적으로, 반도체 기판-프로세싱 챔버의 하나 또는 그 초과의 내부 표면들로부터, 원치 않는 증착 축적물(buildup)을 인-시츄(in-situ) 제거하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다. 일 구현예에서, 기판-프로세싱 챔버를 세정하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 불소-함유 세정 가스 혼합물로부터 반응성 불소 종을 형성하는 단계를 포함한다. 방법은, 반응성 불소 종을 기판-프로세싱 챔버의 프로세싱 용적 내로 전달하는 단계를 더 포함한다. 프로세싱 용적은 하나 또는 그 초과의 알루미늄-함유 내부 표면들을 포함하며, 그러한 내부 표면들은 내부 표면들 상에 형성된 원치 않는 증착물들(deposits)을 갖는다. 방법은, 불화 알루미늄을 형성하기 위해, 반응성 불소 종이, 기판-프로세싱 챔버의 알루미늄-함유 내부 표면들 및 원치 않는 증착물들과 반응하는 것을 허용하는 단계를 더 포함한다. 방법은, 프로세싱 용적에 반응성 질소 종을 형성하기 위해, 질소-함유 세정 가스 혼합물을 인-시츄 플라즈마에 노출시키는 단계를 더 포함한다. 방법은, 불화 알루미늄을 질화 알루미늄으로 변환시키기 위해, 반응성 질소 종이 불화 알루미늄과 반응하는 것을 허용하는 단계를 더 포함한다.
[0006] 다른 구현예에서, 기판-프로세싱 챔버를 세정하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 불소-함유 세정 가스 혼합물을, 기판-프로세싱 챔버와 유체적으로 커플링되는 원격 플라즈마 소스 내로 유동시키는 단계를 포함한다. 기판-프로세싱 챔버는 하나 또는 그 초과의 알루미늄-함유 내부 표면들을 갖는 프로세싱 용적을 가지며, 하나 또는 그 초과의 알루미늄-함유 내부 표면들은 하나 또는 그 초과의 알루미늄-함유 내부 표면들 상에 형성된 원치 않는 증착물들을 갖는다. 방법은, 불소-함유 세정 가스 혼합물로부터 반응성 불소 종을 형성하는 단계, 및 반응성 불소 종을 프로세싱 용적 내로 운반하는 단계를 더 포함한다. 방법은, 불화 알루미늄을 형성하기 위해, 반응성 불소 종이, 기판-프로세싱 챔버의 알루미늄-함유 내부 표면들 및 원치 않는 증착물들과 반응하는 것을 허용하는 단계를 더 포함한다. 방법은, 질소-함유 세정 가스 혼합물을 프로세싱 용적 내로 유동시키는 단계, 및 반응성 질소 종을 형성하기 위해 질소-함유 세정 가스 혼합물을 인-시츄 플라즈마에 노출시키는 단계를 더 포함한다. 방법은, 불화 알루미늄을 질화 알루미늄으로 변환시키기 위해, 반응성 질소 종이 불화 알루미늄과 반응하는 것을 허용하는 단계를 더 포함한다.
[0007] 또 다른 구현예에서, 기판-프로세싱 챔버를 세정하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 불소-함유 세정 가스 혼합물을, 기판-프로세싱 챔버와 유체적으로 커플링되는 원격 플라즈마 소스 내로 유동시키는 단계를 포함한다. 기판-프로세싱 챔버는 가열기 페데스탈(heater pedestal)을 포함하는 하나 또는 그 초과의 알루미늄-함유 내부 표면들을 갖는 프로세싱 용적을 가지며, 가열기 페데스탈은 가열기 페데스탈 상에 형성된 원치 않는 유전체 증착물들을 갖는다. 방법은, 기판-프로세싱 챔버를 섭씨 약 300도 내지 섭씨 약 650도의 범위 내의 온도로 가열하는 단계를 더 포함한다. 방법은, 불소-함유 세정 가스 혼합물로부터 반응성 불소 종을 형성하는 단계, 및 반응성 불소 종을 프로세싱 용적 내로 운반하는 단계를 더 포함한다. 방법은, 불화 알루미늄을 형성하기 위해, 반응성 불소 종이, 기판-프로세싱 챔버의 알루미늄-함유 내부 표면들 및 원치 않는 유전체 증착물들과 반응하는 것을 허용하는 단계를 더 포함한다. 방법은, 질소-함유 세정 가스 혼합물을 프로세싱 용적 내로 유동시키는 단계, 및 반응성 질소 종을 형성하기 위해 질소-함유 세정 가스 혼합물을 인-시츄 플라즈마에 노출시키는 단계를 더 포함한다. 방법은, 불화 알루미늄을 질화 알루미늄으로 변환시키기 위해, 반응성 질소 종이 불화 알루미늄과 반응하는 것을 허용하는 단계를 더 포함한다.
[0008] 본 개시물의 상기-열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 구현예들의 보다 구체적인 설명이 구현예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 구현예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시물의 단지 전형적인 구현예들을 도시하는 것이므로 본 개시물의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시물이, 다른 균등하게 유효한 구현예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0009] 도 1은, 본원에서 설명되는 구현예들의 실시에 사용될 수 있는 증착 프로세싱 시스템의 개략적인 예시를 도시하고;
[0010] 도 2a는, 본원에서 설명되는 구현예들에 따른 증착 프로세싱 시스템을 세정하는 데에 사용될 수 있는 방법의 일 구현예를 도시하는 프로세스 흐름도를 도시하며; 그리고
[0011] 도 2b는, 본원에서 설명되는 구현예들에 따른, 도 2a의 프로세스 흐름도의 계속된 부분인 프로세스 흐름도를 도시한다.
[0012] 이해를 용이하게 하기 위하여, 가능하면, 도면들에 공통되는 동일한 엘리먼트들을 나타내기 위해 동일한 참조번호들이 사용되었다. 일 구현예의 엘리먼트들 및 피처들(features)이, 추가적인 언급 없이 다른 구현예들에 유익하게 통합될 수 있다는 점이 고려된다.
[0013] 이하의 개시물은 기판-프로세싱 챔버로부터 불화 알루미늄을 제거하는 기술들을 설명한다. 본 개시물의 다양한 구현예들의 완전한 이해를 제공하기 위해, 이하의 설명 및 도 1, 2a 및 2b에서 특정 세부 사항들이 설명된다. 다양한 구현예들의 설명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해, 흔히 플라즈마 증착 및 불화 알루미늄 제거와 연관된 잘-알려진 구조들 및 시스템들을 설명하는 다른 세부 사항들은 이하의 개시물에서 설명되지 않는다.
[0014] 도면들에 도시된 많은 세부 사항들, 치수들, 각도들, 및 다른 피처들은 단지 특정 구현예들의 예시일 뿐이다. 따라서, 다른 구현예들은, 본 개시물의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않고 다른 세부 사항들, 컴포넌트들, 치수들, 각도들, 및 피처들을 가질 수 있다. 부가적으로, 본 개시물의 추가적인 구현예들은, 이하에서 설명되는 몇몇 세부 사항들 없이 실시될 수 있다.
[0015] 본원에서 설명되는 구현예들은 이하에서, 임의의 적합한 박막 증착 시스템을 사용하여 수행될 수 있는 PECVD 프로세스를 참조하여 설명될 것이다. 적합한 시스템들의 예들은, DXZ® 프로세싱 챔버를 사용할 수 있는 CENTURA® 시스템들, PRECISION 5000® 시스템들, PRODUCER® 시스템들, PRODUCER® GTTM 시스템들, 및 PRODUCER® SETM 시스템들을 포함하며, 이 시스템들은 캘리포니아주 산타클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 상업적으로 입수 가능하다. PECVD 프로세스들을 수행할 수 있는 다른 툴들이 또한, 본원에서 설명되는 구현예들로부터 이익을 향유하도록 이루어질 수 있다. 부가적으로, 본원에서 설명되는 PECVD 프로세스들을 가능하게 하는 임의의 시스템이 유리하게 사용될 수 있다. 본원에서 설명되는 장치 설명은 예시적이며, 본원에서 설명되는 구현예들의 범위를 제한하는 것으로 해석되거나 이해되어서는 안된다.
[0016] 증착 프로세스들 동안에, PECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition) 프로세싱 챔버들의 챔버 부분들 및 벽들과 같은 내부 알루미늄-함유 표면들 상에서 재료들(예컨대, 유전체 재료들)의 원치 않는 증착이 일어날 수 있다. 그러한 원치 않는 증착은 챔버 내에서 입자들 및 플레이크들(flakes)을 생성할 수 있으며, 프로세스 조건들의 드리프트(drift)를 초래하고, 더 중요하게는, 프로세스 재현성(reproducibility) 및 균일성에 영향을 미친다.
[0017] 생산을 위한 소유 비용을 감소시키고 막 품질을 유지하면서 높은 챔버 가용성을 달성하기 위해, 챔버 세정이 전형적으로, 벽 및 프로세스 키트들, 예컨대, 샤워헤드, 등을 포함하여 프로세싱 챔버의 알루미늄-함유 내부 표면들로부터 재료 잔류물을 제거하는 데에 사용된다. 현재, 원치 않는 증착물들을 제거하기 위해 반응성 불소-종(예컨대, 불소 라디칼들)이 사용된다. 불행하게도, 대부분의 현재의 챔버 세정 프로세스들은 프로세싱 챔버의 내부 표면들에 악영향을 미쳐서, 부가적인 입자들 및 플레이크들의 생성을 초래한다. 예컨대, 불소 라디칼 세정 동안, 불소 라디칼들은 가열기의 알루미늄-함유 표면들(예컨대, 질화 알루미늄 표면)에 부착되고, 질화 알루미늄을 불화 알루미늄으로 변환시킨다. 일반적으로, 불화 알루미늄 증착물들은 섭씨 약 480도에서 승화되기(sublime) 시작한다. 그런 다음에, 불화 알루미늄이 페이스플레이트(faceplate)/샤워헤드 상에 응축되어 층을 형성한다. 불화 알루미늄 증착물들은 프로세스 동안에 플레이킹되어 웨이퍼 상에 떨어질 수 있어서 수율에 악영향을 미친다. 따라서, 웨이퍼 상의 불화 알루미늄 입자들(결함들)이 수율에 상당한 영향을 주기 때문에, 불화 알루미늄 입자들은 매우 엄격한 규격을 갖는다. 게다가, 입자들에 대한 규격을 계속 엄격하게 하여, 가열기 또는 페이스플레이트 상에 어떠한 불화 알루미늄도 갖지 않는 것이 더 좋다.
[0018] 본 개시물의 구현예들은, 플라즈마 환경에서, 가열기 상의 불화 알루미늄을 다른 화합물들로 변환시킨다. 불화 알루미늄은, 고온 웨이퍼 프로세싱에서 문제들을 일으키지 않을, 질화 알루미늄 또는 산화 알루미늄과 같은 비-휘발성 화합물들로 변환된다.
[0019] 도 1은, 본원에서 설명되는 구현예들에 따른, 원치 않는 증착의 인-시츄 제거를 수행할 수 있는 기판-프로세싱 시스템(132)의 개략적인 예시를 도시한다. 기판-프로세싱 시스템(132)은, 가스 패널(130) 및 제어기(110)에 커플링된 기판-프로세싱 챔버(100)를 포함한다. 기판-프로세싱 챔버(100)는 일반적으로, 프로세싱 용적(126)을 정의하는, 정상부 벽(124), 측벽(101), 및 바닥부 벽(122)을 포함한다. 지지 페데스탈(150)이 기판-프로세싱 챔버(100)의 프로세싱 용적(126)에 제공된다. 지지 페데스탈(150)은 페데스탈 스템(stem)(160)에 의해 지지되고, 전형적으로, 알루미늄, 세라믹, 및 다른 적합한 재료들로 제조될 수 있다. 지지 페데스탈(150)은 변위 메커니즘(도시되지 않음)을 사용하여 기판-프로세싱 챔버(100) 내부에서 수직 방향으로 이동될 수 있다.
[0020] 지지 페데스탈(150)은, 지지 페데스탈(150)의 표면(192) 상에 지지되는 기판(190)의 온도를 제어하기에 적합한 가열기 엘리먼트(170)를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 가열기 엘리먼트(170)는 지지 페데스탈(150)에 내장된다(embedded). 지지 페데스탈(150)은, 전력 공급부(106)로부터 가열기 엘리먼트(170)에 전류를 인가함으로써 저항식으로(resistively) 가열될 수 있다. 가열기 엘리먼트(170)는, 니켈-철-크롬 합금(예컨대, INCOLOY®) 시스(sheath) 튜브에 캡슐화된(encapsulated) 니켈-크롬 와이어로 만들어질 수 있다. 전력 공급부(106)로부터 공급되는 전류는 제어기(110)에 의해 조절되어, 가열기 엘리먼트(170)에 의해 생성되는 열을 제어하며, 따라서, 막 증착 동안 기판(190) 및 지지 페데스탈(150)을 실질적으로 일정한 온도로 유지한다. 공급되는 전류는, 지지 페데스탈(150)의 온도를 섭씨 약 100도 내지 섭씨 약 700도 사이에서 선택적으로 제어하도록 조정될 수 있다.
[0021] 종래의 방식으로 지지 페데스탈(150)의 온도를 모니터링하기 위해, 열전대와 같은 온도 센서(172)가 지지 페데스탈(150)에 내장될 수 있다. 측정된 온도는, 기판을 선택된 온도로 유지하기 위해 가열기 엘리먼트(170)에 공급되는 전력을 제어하도록, 제어기(110)에 의해 사용된다.
[0022] 진공 펌프(102)는 기판-프로세싱 챔버(100)의 바닥부에 형성된 포트에 커플링된다. 진공 펌프(102)는, 기판-프로세싱 챔버(100)에서, 선택된 가스 압력을 유지하는 데에 사용된다. 진공 펌프(102)는 또한, 프로세싱-후(post-processing) 가스들 및 프로세스의 부산물들을 기판-프로세싱 챔버(100)로부터 진공배기한다.
[0023] 기판-프로세싱 시스템(132)은, 챔버 압력을 제어하기 위한 부가적인 장비, 예컨대, 챔버 압력을 제어하기 위해 기판-프로세싱 챔버(100)와 진공 펌프(102) 사이에 포지셔닝된 밸브들(예컨대, 스로틀 밸브들 및 격리 밸브들)을 더 포함할 수 있다.
[0024] 기판-프로세싱 시스템(132)은 퍼지 가스를 프로세싱 용적(126)에 공급하기 위한 퍼지 가스 소스(104)를 더 포함할 수 있다.
[0025] 복수의 개구들(128)을 갖는 샤워헤드(120)가, 지지 페데스탈(150) 위쪽의, 기판-프로세싱 챔버(100)의 정상부 상에 배치된다. 샤워헤드(120)의 개구들(128)은 기판-프로세싱 챔버(100) 내로 프로세스 가스들을 도입하는 데에 활용된다. 개구들(128)은, 상이한 프로세스 요건들에 대해 다양한 프로세스 가스들의 유동을 용이하게 하기 위하여, 상이한 크기들, 개수, 분포들, 형상, 설계, 및 직경들을 가질 수 있다. 샤워헤드(120)는, 프로세스 동안 다양한 가스들이 프로세싱 용적(126)에 공급되는 것을 허용하는 가스 패널(130)에 연결된다. 플라즈마는, 기판(190)의 표면(191) 상에서 재료의 증착을 초래하는 프로세스 가스들의 열 분해를 증진시키기 위해, 샤워헤드(120)를 빠져나가는 프로세스 가스 혼합물로부터 형성된다.
[0026] 샤워헤드(120) 및 지지 페데스탈(150)은 프로세싱 용적(126)에, 이격된 전극들의 쌍(pair)을 형성할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 RF 전력 소스들(140)은, 샤워헤드(120)와 지지 페데스탈(150) 사이에서 플라즈마의 생성을 용이하게 하기 위해, 바이어스 전위를 매칭 네트워크(matching network; 138)를 통해 샤워헤드(120)에 제공한다. 대안적으로, RF 전력 소스들(140) 및 매칭 네트워크(138)는 샤워헤드(120)에, 또는 지지 페데스탈(150)에 커플링될 수 있거나, 또는 샤워헤드(120) 및 지지 페데스탈(150) 양자 모두에 커플링될 수 있거나, 또는 기판-프로세싱 챔버(100) 외부에 배치된 안테나(도시되지 않음)에 커플링될 수 있다. 일 구현예에서, RF 전력 소스들(140)은, 약 50kHz 내지 약 13.6MHz의 주파수로 약 100와트 내지 약 3,000와트를 제공할 수 있다. 다른 구현예에서, RF 전력 소스들(140)은, 약 50kHz 내지 약 13.6MHz의 주파수로 약 500와트 내지 약 1,800와트를 제공할 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 플라즈마는 원격 플라즈마 소스(152)를 통해 프로세싱 용적(126)에 공급된다.
[0027] 제어기(110)는, 프로세스 시퀀스를 제어하고 가스 패널(130)로부터의 가스 유동들을 조절하는 데에 활용되는, CPU(central processing unit)(112), 메모리(116), 및 지원 회로(114)를 포함한다. CPU(112)는 산업 현장(industrial setting)에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서일 수 있다. 소프트웨어 루틴들(routines)은 메모리(116), 예컨대, 랜덤 액세스 매모리, 리드 온리 메모리, 플로피 또는 하드 디스크 드라이브, 또는 다른 형태의 디지털 저장소에 저장될 수 있다. 지원 회로(114)는 통상적으로 CPU(112)에 커플링되고, 캐쉬, 클럭 회로들, 입력/출력 시스템들, 전력 공급부들, 등을 포함할 수 있다. 제어기(110)과 기판-프로세싱 시스템(132)의 다양한 다른 컴포넌트들 사이의 양방향 통신들은 신호 버스들(118)로서 통칭되는 다수의 신호 케이블들을 통해 처리되며, 그 중 일부는 도 1에 예시된다.
[0028] 다른 증착 챔버들이 또한 본 개시물로부터 이익을 향유할 수 있으며, 상기 열거된 파라미터들은, 비결정질 탄소 층을 형성하는 데에 사용되는 특정 증착 챔버에 따라 변할 수 있다. 예컨대, 다른 증착 챔버들은 더 크거나 더 작은 용적을 가질 수 있으며, 이에 따라, Applied Materials, Inc.로부터 입수 가능한 증착 챔버들에 대해서 언급되는 가스 유량들보다 더 크거나 더 작은 가스 유량들을 요구할 수 있다.
[0029] 몇몇 구현예들에서, 본 개시물에서의 유량들은, 내부 챔버 용적 당 "sccm"(standard cubic centimeters per minute)으로 표현된다. 내부 챔버 용적은, 가스가 점유할 수 있는, 챔버의 내부의 용적으로서 정의된다. 예컨대, 기판-프로세싱 챔버(100)의 내부 챔버 용적은, 측벽(101), 바닥부 벽(122), 및 정상부 벽(124)에 의해 정의된 용적에서, 샤워헤드(120)에 의해 그리고 지지 페데스탈(150)/페데스탈 스템(160)에 의해 그러한 용적 내에 점유된 용적을 뺀 것이다.
[0030] 도 2a는, 본원에서 설명되는 구현예들에 따른 증착 프로세싱 시스템을 세정하는 데에 사용될 수 있는 방법(200)의 일 구현예를 도시하는 프로세스 흐름도이다. 도 2b는, 본원에서 설명되는 구현예들에 따른, 도 2a의 프로세스 흐름도의 계속된 부분인 프로세스 흐름도를 도시한다. 증착 기판-프로세싱 시스템은, 도 1에 도시된 기판-프로세싱 시스템(132)과 유사한 PECVD 시스템일 수 있다. 동작(210)에서, 유전체-함유 층이, 기판-프로세싱 챔버의 프로세싱 용적에 배치된 기판 위에 증착된다. 기판은 기판(190)과 유사할 수 있다. 예시적인 유전체-함유 층들은 실리콘 산화물들, 실리콘 질화물들, 및 실리콘 산질화물들을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 기판 위에서 유전체-함유 층의 증착 동안, 유전체들 및/또는 유전체-함유 화합물들은, 기판-프로세싱 챔버의 챔버 컴포넌트들을 포함하여 내부 표면들 위에 증착될 수 있다. 일 구현예에서, 내부 표면들은, 예컨대, 챔버 벽들(예컨대, 측벽(101), 바닥부 벽(122), 및 정상부 벽(124)), 지지 페데스탈(예컨대, 지지 페데스탈(150)), 및 샤워헤드(예컨대, 샤워헤드(120))를 포함한다. 일 구현예에서, 기판-프로세싱 챔버의 내부 표면들은 알루미늄-함유 표면들을 포함한다. 동작(220)에서, 기판은 기판-프로세싱 챔버 밖으로 이송된다.
[0031] 다음에, 선택적 챔버 가열 프로세스가, 챔버 세정 프로세스 전에 그리고/또는 챔버 세정 프로세스 동안에 수행될 수 있다. 일 구현예에서, 챔버는 섭씨 약 300도 내지 섭씨 약 650도(예컨대, 섭씨 약 300도 내지 섭씨 약 550도; 섭씨 약 300도 내지 섭씨 약 400도; 또는 섭씨 약 400도 내지 섭씨 약 550도) 범위 내의 온도로 가열될 수 있고 그리고/또는 유지될 수 있다. 온도를 제어하는 것은 유전체/유전체-함유 증착물들의 제거/에칭 레이트(rate)를 제어하는 데에 사용될 수 있다. 제거 레이트는 챔버 온도가 증가함에 따라 증가할 수 있다. 예컨대, 몇몇 구현예들에서, 온도를 섭씨 400도로 상승시키는 것은 에칭 레이트를 50
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/초로 증가시킬 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 프로세스 챔버는 프로세스 챔버의 벽들(예컨대, 측벽(101), 바닥부 벽(122), 및/또는 정상부 벽(124)), 가열기 페데스탈(예컨대, 지지 페데스탈(150)), 및/또는 샤워헤드(예컨대, 샤워헤드(120)) 중 임의의 것을 가열하는 것에 의해 가열된다. 몇몇 구현예들에서, 기판-프로세싱 챔버(100)는, 챔버에 포지셔닝된 가열기 페데스탈을 가열하는 것에 의해 가열된다. 가열기 페데스탈은 지지 페데스탈(150)과 유사할 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 챔버는 벽들 및 가열기 페데스탈 둘 모두를 가열함으로써 가열된다. 몇몇 구현예들에서, 챔버는 인-시츄 플라즈마에 의해 가열된다. 몇몇 구현예들에서, 프로세스 챔버의 온도는, 기판 위에서의 유전체-함유 층의 증착 동안 사용되는 동일한 온도에서 유지될 수 있다.
[0032] 동작(230)에서, 불소-함유 세정 가스 혼합물은 프로세싱 용적과 유체적으로 커플링된 원격 플라즈마 소스(예컨대, 원격 플라즈마 소스(152)) 내로 유동된다. 불소-함유 세정 가스 혼합물은 불소-함유 가스, 선택적인 산소-함유 가스, 및 선택적인 불활성 가스를 포함한다. 몇몇 구현예들에서, 선택적인 불활성 가스는 캐리어 가스로서 기능한다. 몇몇 구현예들에서, 선택적인 불활성 가스는 라디칼 종의 수명을 연장시킬 수 있고, 라디칼 종의 밀도(density)를 증가시킬 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 불소-함유 세정 가스 혼합물은 원격 플라즈마 소스 내로 유동되고, 다른 프로세스 가스들은 챔버에 별개로 전달된다.
[0033] 불소-함유 가스는, NF3, ClF3, F2, CF4, C2F6, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 산소-함유 가스는, N2O, O2, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 선택적인 불활성 가스는, 헬륨, 아르곤, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 불소-함유 세정 가스 혼합물은 NF3 및 N2O를 포함한다. 몇몇 구현예들에서, 불소-함유 세정 가스 혼합물은 NF3 및 O2를 포함한다.
[0034] 원격 플라즈마 소스는 유도 결합 플라즈마 소스일 수 있다. 원격 플라즈마 소스는 불소-함유 세정 가스 혼합물을 수용하고, 불소-함유 세정 가스 혼합물에서 플라즈마를 형성하며, 이는, 불소-함유 세정 가스 혼합물의 해리(dissociation)를 야기하여 세정 라디칼들을 형성한다. 세정 라디칼들은 F 원자들 또는 F+ 원자들과 같은 반응성 종을 포함할 수 있다. 원격 플라즈마 소스는, 불소-함유 세정 가스 혼합물의 고효율 해리를 제공한다. 몇몇 구현예들에서, 90% 초과의 불소-함유 세정 가스 혼합물의 해리가 달성된다. 몇몇 구현예들에서, 40% 초과, 60% 초과, 또는 80% 초과의 불소-함유 세정 가스 혼합물의 해리가 달성된다.
[0035] 몇몇 구현예들에서, 원격 플라즈마는, 불소-함유 세정 가스 혼합물을 원격 플라즈마 챔버 내로 도입하기 이전에, 아르곤 또는 유사한 불활성 가스의 초기 유동으로 개시된다(initiated).
[0036] 불소-함유 세정 가스 혼합물은 약 100sccm 내지 약 10,000sccm의 유량으로 원격 플라즈마 소스 내로 유동될 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 불소-함유 세정 가스 혼합물은 약 500sccm 내지 약 6,000sccm의 유량으로 원격 플라즈마 소스 내로 유동된다. 몇몇 구현예들에서, 불소-함유 세정 가스 혼합물은 약 500sccm 내지 약 4,000sccm의 유량으로 원격 플라즈마 소스 내로 유동된다. 몇몇 구현예들에서, 불소-함유 세정 가스 혼합물은 약 1,000sccm의 유량으로 원격 플라즈마 소스 내로 유동된다.
[0037] 몇몇 구현예들에서, 원격 플라즈마는, NF3를 원격 플라즈마 챔버 내로 도입하기 이전에, 아르곤 또는 유사한 불활성 가스의 초기 유동으로 개시된다. 그런 다음에, NF3가 원격 플라즈마 챔버 내로 도입됨에 따라, 아르곤의 유량은 감소된다. 예로서, 원격 플라즈마는 아르곤의 3,000sccm의 유동으로 개시될 수 있으며, 아르곤의 유동은, NF3가, 1,000sccm의 초기 유량으로 그리고 그런 다음에 1,500sccm의 유동으로 증가되면서 원격 플라즈마 챔버 내로 도입됨에 따라, 점차적으로 1,000sccm으로 그리고 그 다음에 500sccm으로 감소된다.
[0038] 동작(240)에서, 불소-함유 가스 혼합물로부터 형성된 반응성 종이 프로세싱 용적으로 운반된다. 반응성 종은 불소 원자를 포함한다.
[0039] 프로세싱 용적 내의 압력은 약 10mTorr 내지 약 300Torr일 수 있다. 프로세싱 용적 내의 압력은 1Torr 내지 약 10Torr, 예컨대, 약 3Torr일 수 있다.
[0040] 몇몇 구현예들에서, 가열기 페데스탈은 섭씨 약 300도 내지 섭씨 약 650도(예컨대, 섭씨 약 300도 내지 섭씨 약 550도; 섭씨 약 300도 내지 섭씨 약 400도; 또는 섭씨 약 400도 내지 섭씨 약 550도) 범위 내의 온도로 가열될 수 있고 그리고/또는 유지될 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 세정 프로세스 동안, 챔버 벽들은 섭씨 약 300도 내지 섭씨 약 650도(예컨대, 섭씨 약 300도 내지 섭씨 약 550도; 섭씨 약 300도 내지 섭씨 약 400도; 또는 섭씨 약 400도 내지 섭씨 약 550도) 범위 내의 온도로 가열될 수 있고 그리고/또는 유지될 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 프로세스 챔버는 프로세스 챔버의 벽들(예컨대, 측벽(101), 바닥부 벽(122), 및/또는 정상부 벽(124)), 가열기 페데스탈(예컨대, 지지 페데스탈(150)), 및/또는 샤워헤드(예컨대, 샤워헤드(120)) 중 임의의 것을 가열하는 것에 의해, 상기 언급된 온도들로 가열될 수 있다.
[0041] 동작(250)에서, 반응성 종은 기판-프로세싱 챔버의 알루미늄-함유 표면들 및 유전체-함유 증착물들과 반응한다. 반응성 불소 종은 알루미늄-함유 표면과 반응하여 불화 알루미늄을 형성한다.
[0042] 선택적으로, 동작(255)에서, 프로세싱 용적은 기판-프로세싱 챔버로부터 오염물질들을 제거하기 위해 퍼징된다. 일 구현예에서, 기판-프로세싱 챔버는, 퍼지 가스를 기판-프로세싱 챔버 내로 유동시키는 것에 의해 능동적으로(actively) 퍼징된다. 퍼지 가스를 도입하는 것에 부가적으로, 또는 대안적으로, 프로세스 챔버는, 프로세싱 챔버로부터 잔류 세정 가스뿐만 아니라 임의의 부산물들을 제거하기 위해, 감압될 수 있다. 기판-프로세싱 챔버는, 기판-프로세싱 챔버를 진공배기하는 것에 의해 퍼징될 수 있다. 퍼지 프로세스의 기간은 일반적으로, 임의의 잔류 세정 가스들 및 부산물들을 기판-프로세싱 챔버로부터 제거하기에 충분히 길어야 한다. 세정 가스 유동의 시간은 일반적으로, 챔버 컴포넌트들을 포함하여, 챔버의 내부 표면들로부터 유전체 증착물들을 제거하기에 충분히 길어야 한다.
[0043] 동작(260)에서, 질소-함유 세정 가스 혼합물이 기판-프로세싱 챔버의 프로세싱 용적 내로 유동된다. 질소-함유 세정 가스 혼합물은 질소-함유 가스, 선택적인 산소-함유 가스, 및 선택적인 불활성 가스를 포함한다. 몇몇 구현예들에서, 선택적인 불활성 가스는 캐리어 가스로서 기능할 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 선택적인 불활성 가스는 라디칼 종의 수명을 연장시킬 수 있고, 라디칼 종의 밀도(density)를 증가시킬 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 질소-함유 세정 가스 혼합물은 프로세싱 용적 내로 유동되고, 다른 프로세스 가스들은 챔버에 별개로 전달된다.
[0044] 질소-함유 가스는, N2, N2O, NO2, NH3, N2H2, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 산소-함유 가스는, O2, N2O, NO2, O3, H2O, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 선택적인 불활성 가스는, 헬륨, 아르곤, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 질소-함유 세정 가스 혼합물은 N2를 포함한다. 몇몇 구현예들에서, 질소-함유 세정 가스 혼합물은 N2 및 아르곤을 포함한다.
[0045] 질소-함유 세정 가스 혼합물은 약 100sccm 내지 약 10,000sccm의 유량으로 챔버 내로 유동될 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 질소-함유 세정 가스 혼합물은 약 500sccm 내지 약 4,000sccm의 유량으로 챔버 내로 유동된다. 몇몇 구현예들에서, 질소-함유 세정 가스 혼합물은 약 1,000sccm의 유량으로 챔버 내로 유동된다.
[0046] 기판-프로세싱 챔버 내의 압력은 약 10mTorr 내지 약 100Torr일 수 있다. 기판-프로세싱 챔버 내의 압력은 20Torr 내지 약 30Torr, 예컨대, 약 25Torr일 수 있다.
[0047] 몇몇 구현예들에서, 가열기 페데스탈은 섭씨 약 300도 내지 섭씨 약 650도(예컨대, 섭씨 약 300도 내지 섭씨 약 550도; 섭씨 약 300도 내지 섭씨 약 400도; 또는 섭씨 약 400도 내지 섭씨 약 550도) 범위 내의 온도로 가열될 수 있고 그리고/또는 유지될 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 세정 프로세스 동안, 챔버 벽들은 섭씨 약 300도 내지 섭씨 약 650도(예컨대, 섭씨 약 300도 내지 섭씨 약 550도; 섭씨 약 300도 내지 섭씨 약 400도; 또는 섭씨 약 400도 내지 섭씨 약 550도) 범위 내의 온도로 가열될 수 있고 그리고/또는 유지될 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 프로세스 챔버는 프로세스 챔버의 벽들(예컨대, 측벽(101), 바닥부 벽(122), 및/또는 정상부 벽(124)), 가열기 페데스탈(예컨대, 지지 페데스탈(150)), 및/또는 샤워헤드(예컨대, 샤워헤드(120)) 중 임의의 것을 가열하는 것에 의해, 상기 언급된 온도들로 가열될 수 있다.
[0048] 플라즈마는 용량성(capacitive) 또는 유도성(inductive) 수단에 의해 형성될 수 있으며, RF 전력을 전구체 가스 혼합물에 커플링하는 것에 의해 에너자이징될(energized) 수 있다. RF 전력은, 고주파수 컴포넌트 및 저주파수 컴포넌트를 갖는 이중-주파수(dual-frequency) RF 전력일 수 있다. RF 전력은 전형적으로, 약 50W 내지 약 2,500W의 전력 레벨로 인가되며, 이는 전부 고-주파수 RF 전력, 예컨대, 약 13.56MHz의 주파수의 RF 전력일 수 있거나, 또는, 고-주파수 전력과 저주파수 전력의 혼합, 예컨대, 약 300kHz의 주파수의 RF 전력일 수 있다.
[0049] 동작(270)에서, 인-시츄 RF 플라즈마가 프로세싱 용적에서 생성된다. 플라즈마는 용량성 또는 유도성 수단에 의해 형성될 수 있으며, RF 전력을 전구체 가스 혼합물에 커플링하는 것에 의해 에너자이징될 수 있다. RF 전력은, 고주파수 컴포넌트 및 저주파수 컴포넌트를 갖는 이중-주파수 RF 전력일 수 있다. RF 전력은 전형적으로, 약 50W 내지 약 2,500W의 전력 레벨로 인가되며, 이는 전부 고-주파수 RF 전력, 예컨대, 약 13.56MHz의 주파수의 RF 전력일 수 있거나, 또는, 고-주파수 전력과 저주파수 전력의 혼합, 예컨대, 약 300kHz의 주파수의 RF 전력일 수 있다.
[0050] 동작(280)에서, 반응성 종이 프로세싱 용적에서 질소-함유 세정 가스 혼합물로부터 형성된다.
[0051] 동작(290)에서, 질소 반응성 종은, 불화 알루미늄과 반응하여 불화 알루미늄을 질화 알루미늄으로 변환시키도록 허용된다.
[0052] 선택적으로, 동작(295)에서, 프로세싱 용적은 기판-프로세싱 챔버로부터 오염물질들을 제거하기 위해 퍼징된다. 기판-프로세싱 챔버는, 퍼지 가스를 기판-프로세싱 챔버에 유동시키는 것에 의해 능동적으로 퍼징될 수 있다. 퍼지 가스를 도입하는 것에 부가적으로, 또는 대안적으로, 프로세스 챔버는, 프로세싱 챔버로부터 잔류 세정 가스뿐만 아니라 임의의 부산물들을 제거하기 위해, 감압될 수 있다. 기판-프로세싱 챔버는, 기판-프로세싱 챔버를 진공배기하는 것에 의해 퍼징될 수 있다. 퍼지 프로세스의 기간은 일반적으로, 임의의 잔류 세정 가스들 및 부산물들을 기판-프로세싱 챔버로부터 제거하기에 충분히 길어야 한다. 세정 가스 유동의 시간은 일반적으로, 챔버 컴포넌트들을 포함하여, 챔버의 내부 표면들로부터 유전체 증착물들을 제거하기에 충분히 길어야 한다.
[0053] 동작들(230, 240, 250, 255, 260, 270, 280, 290, 및 295) 중 임의의 동작들이, 선택된 세정 종료점이 달성될 때까지 반복될 수 있다. 여러 사이클들의 세정이, 선택적인 퍼지 프로세스가 세정 사이클들 사이에서 수행되면서 적용될 수 있음이 이해되어야 한다.
[0054] 요약하면, 본 개시물의 이점들 중 일부는, 휘발성 불화 알루미늄 증착물들을 비-휘발성 질화 알루미늄 및/또는 산화 알루미늄으로 변환시키기 위해, 인-시츄 플라즈마를 통해 생성된 질소 라디칼들을 주로 사용하는 프로세스를 제공한다. 불화 알루미늄 증착물들을 제거하는 이러한 능력은, 웨이퍼 프로세싱 동안 불화 알루미늄의 승화 및 이후의 플레이킹 없이, 더 높은 온도에서의 프로세싱을 허용한다. 또한 본 개시물의 방법들은, 대부분의 엑스-시츄(ex-situ) 세정 프로세스들에 의해 요구되는 챔버 유휴시간 없이, 인-시츄로 수행될 수 있다.
[0055] 본 개시물 또는 본 개시물의 예시적인 양태들 또는 구현예(들)의 엘리먼트들을 소개할 때, 단수 표현은 하나 또는 그 초과의 엘리먼트들이 존재한다는 것을 의미하는 것으로 의도된다.
[0056] "포함하는"("comprising", "including") 및 "갖는(having)"이라는 용어들은 포괄적인(inclusive) 것으로 의도되고, 열거된 엘리먼트들 이외의 부가적인 엘리먼트들이 존재할 수 있음을 의미한다.
[0057] 전술한 내용은 본 개시물의 구현예들에 관한 것이지만, 본 개시물의 다른 그리고 추가적인 구현예들이 본 개시물의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고 안출될 수 있으며, 본 개시물의 범위는 이하의 청구항들에 의해서 결정된다.

Claims (15)

  1. 기판-프로세싱 챔버를 세정하기 위한 방법으로서,
    불소-함유 세정 가스 혼합물로부터 반응성 불소 종을 형성하는 단계;
    상기 반응성 불소 종을 상기 기판-프로세싱 챔버의 프로세싱 용적 내로 전달하는 단계 ― 상기 프로세싱 용적은 하나 또는 그 초과의 알루미늄-함유 내부 표면들을 포함하고, 상기 내부 표면들은 상기 내부 표면들 상에 형성된 원치 않는 증착물들을 가짐 ―;
    불화 알루미늄을 형성하기 위해, 상기 반응성 불소 종이, 상기 기판-프로세싱 챔버의 알루미늄-함유 내부 표면들 및 원치 않는 증착물들과 반응하는 것을 허용하는 단계;
    상기 프로세싱 용적에 반응성 질소 종을 형성하기 위해, 질소-함유 세정 가스 혼합물을 인-시츄 플라즈마에 노출시키는 단계; 및
    상기 불화 알루미늄을 질화 알루미늄으로 변환시키기 위해, 상기 반응성 질소 종이 상기 불화 알루미늄과 반응하는 것을 허용하는 단계를 포함하는,
    기판-프로세싱 챔버를 세정하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 불소-함유 세정 가스 혼합물은, NF3, ClF3, F2, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택된 불소-함유 가스를 포함하는,
    기판-프로세싱 챔버를 세정하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 불소-함유 세정 가스 혼합물은 산소-함유 가스를 더 포함하는,
    기판-프로세싱 챔버를 세정하기 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 산소-함유 가스는, N2O, O2, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
    기판-프로세싱 챔버를 세정하기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 불소-함유 세정 가스 혼합물은, 헬륨, 아르곤, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택된 불활성 가스를 더 포함하는,
    기판-프로세싱 챔버를 세정하기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 불소-함유 세정 가스 혼합물은 NF3 및 N2O를 포함하는,
    기판-프로세싱 챔버를 세정하기 위한 방법.
  7. 기판-프로세싱 챔버를 세정하기 위한 방법으로서,
    불소-함유 세정 가스 혼합물을, 상기 기판-프로세싱 챔버와 유체적으로 커플링된 원격 플라즈마 소스 내에 유동시키는 단계 ― 상기 기판-프로세싱 챔버는 하나 또는 그 초과의 알루미늄-함유 내부 표면들을 갖는 프로세싱 용적을 가지며, 상기 하나 또는 그 초과의 알루미늄-함유 내부 표면들은 상기 하나 또는 그 초과의 알루미늄-함유 내부 표면들 상에 형성된 원치 않는 증착물들을 가짐 ―;
    상기 불소-함유 세정 가스 혼합물로부터 반응성 불소 종을 형성하는 단계;
    상기 반응성 불소 종을 상기 프로세싱 용적 내로 운반하는 단계;
    불화 알루미늄을 형성하기 위해, 상기 반응성 불소 종이, 상기 기판-프로세싱 챔버의 알루미늄-함유 내부 표면들 및 원치 않는 증착물들과 반응하는 것을 허용하는 단계;
    질소-함유 세정 가스 혼합물을 상기 프로세싱 용적 내로 유동시키는 단계;
    반응성 질소 종을 형성하기 위해, 상기 질소-함유 세정 가스 혼합물을 인-시츄 플라즈마에 노출시키는 단계; 및
    상기 불화 알루미늄을 질화 알루미늄으로 변환시키기 위해, 상기 반응성 질소 종이 상기 불화 알루미늄과 반응하는 것을 허용하는 단계를 포함하는,
    기판-프로세싱 챔버를 세정하기 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 불소-함유 세정 가스 혼합물은, NF3, ClF3, F2, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택된 불소-함유 가스를 포함하는,
    기판-프로세싱 챔버를 세정하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 불소-함유 세정 가스 혼합물은 산소-함유 가스를 더 포함하는,
    기판-프로세싱 챔버를 세정하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 산소-함유 가스는, N2O, O2, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
    기판-프로세싱 챔버를 세정하기 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 불소-함유 세정 가스 혼합물은, 헬륨, 아르곤, 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택된 불활성 가스를 더 포함하는,
    기판-프로세싱 챔버를 세정하기 위한 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 불소-함유 세정 가스 혼합물은 NF3 및 N2O를 포함하는,
    기판-프로세싱 챔버를 세정하기 위한 방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 불소-함유 세정 가스 혼합물은 NF3 및 O2를 포함하는,
    기판-프로세싱 챔버를 세정하기 위한 방법.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 반응성 불소 종은 불소 원자를 포함하는,
    기판-프로세싱 챔버를 세정하기 위한 방법.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 원격 플라즈마 소스는 유도 결합 플라즈마 소스인,
    기판-프로세싱 챔버를 세정하기 위한 방법.
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