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KR-102961621-B1 - 챔버 잔류물들을 감소시키는 방법들

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Abstract

본 개시내용은 프로세스 챔버에서 기판 프로세싱 동안 하드웨어 잔류물의 형성을 감소시키고 2차 플라즈마 형성을 최소화하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 프로세스 챔버는 제1 가스를 프로세스 볼륨 내로 유동시키고 그로부터 플라즈마를 생성하도록 구성된 가스 분배 부재를 포함할 수 있다. 제2 가스는 프로세스 볼륨의 하부 구역 내로 공급된다. 또한, 프로세싱 동안 또는 프로세싱 후에 프로세스 볼륨으로부터 과잉 가스들 또는 부산물들을 제거하기 위해 하부 구역에 배기 포트가 배치된다.

Inventors

  • 후, 리앙파
  • 이, 광덕 더글라스
  • 바라수브라마니안, 가네쉬
  • 쿨슈레슈타, 프라샨트 쿠마르
  • 파텔, 안자나 엠.
  • 카자, 압둘 아지즈
  • 칼세카르, 바이렌
  • 프라바카르, 비네이 케이.
  • 토카치추, 사티아 테자 바부
  • 권, 병석
  • 림둘파이분, 랏사미

Assignees

  • 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20200424
Priority Date
20190515

Claims (20)

  1. 막을 형성하기 위한 방법으로서, 제1 유량으로 프로세스 챔버의 프로세스 볼륨 내로 제1 가스를 유입시키는 단계; 기판 지지 조립체 상에 배치된 기판 상에 막을 형성하기 위해, 상기 제1 가스로부터 플라즈마를 생성하는 단계; 및 제2 유량으로 상기 프로세스 볼륨 내로 제2 가스를 유입시키는 단계를 포함하며, 상기 제2 가스는 상기 기판 지지 조립체 아래에 배치된 방사 차폐부와 상기 기판 지지 조립체 사이의 공간을 통해 상기 프로세스 볼륨의 하부 구역 내로 유입되며, 상기 제1 유량 대 상기 제2 유량의 비(ratio)는 0.5 내지 3이고, 상기 제2 가스는 상기 기판 지지 조립체 아래에서 상기 플라즈마의 분산을 방지하기 위한 배리어를 제공하는, 막을 형성하기 위한 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 기판 지지 조립체는 샤프트를 통해 리프트 메커니즘에 커플링되는, 막을 형성하기 위한 방법.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 방사 차폐부는 방사 샤프트 및 방사 플레이트를 포함하고, 상기 방사 샤프트는 상기 샤프트를 둘러싸며, 상기 방사 플레이트는 상기 샤프트가 연장되는 홀을 포함하는 평면형 및 디스크-형상 평면인, 막을 형성하기 위한 방법.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 제2 가스는 아르곤, 암모니아, 헬륨, 수소, 및 산소로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 막을 형성하기 위한 방법.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 제2 가스는 상기 프로세스 챔버의 측벽의 개구로부터 상기 프로세스 볼륨 내로 추가로 유입되는, 막을 형성하기 위한 방법.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 제2 가스는 상기 프로세스 볼륨의 하부 구역에서 상기 제1 가스와 반응하여 반응 부산물을 형성하고, 그리고 상기 반응 부산물은 상기 프로세스 챔버로부터 배기되는, 막을 형성하기 위한 방법.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 제2 가스는 상기 기판 지지 조립체 아래에 분산된 미반응 C 3 H 6 을 소비하기 위한 자연 연소 반응(spontaneous combustion reaction)을 가능하게 하는, 막을 형성하기 위한 방법.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 제2 가스는 상기 제1 가스와 동시에 상기 프로세스 볼륨 내로 유입되고, 그리고 상기 프로세스 볼륨 내의 총 가스 유동의 25% 초과를 차지하는, 막을 형성하기 위한 방법.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 제2 가스는 500 sccm 내지 4000 sccm의 유량으로 상기 프로세스 볼륨 내로 유동되는, 막을 형성하기 위한 방법.
  10. 막을 형성하기 위한 방법으로서, 제1 유량으로 프로세스 챔버의 프로세스 볼륨 내로 제1 가스를 유입시키는 단계; 기판 지지 조립체 상에 배치된 기판 상에 막을 형성하기 위해, 상기 제1 가스로부터 플라즈마를 생성하는 단계; 및 제2 유량으로 상기 프로세스 볼륨 내로 제2 가스를 유입시키는 단계를 포함하며, 상기 제2 가스는 상기 기판 지지 조립체 아래에 배치된 방사 차폐부와 상기 기판 지지 조립체 사이의 공간을 통해 상기 프로세스 볼륨의 하부 구역 내로 유입되며, 상기 제2 유량은 상기 프로세스 챔버 내의 총 유동의 40%를 차지하고, 상기 제2 가스는 상기 기판 지지 조립체 아래에서 상기 플라즈마의 분산을 방지하기 위한 배리어를 제공하는, 막을 형성하기 위한 방법.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 제2 가스는 아르곤, 암모니아, 헬륨, 수소, 및 산소로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 막을 형성하기 위한 방법.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 제2 가스는 상기 제1 가스와 동시에 상기 프로세스 볼륨 내로 유입되는, 막을 형성하기 위한 방법.
  13. 제10 항에 있어서, 상기 제1 가스의 유량 대 상기 제2 가스의 유량의 비는 1 내지 2인, 막을 형성하기 위한 방법.
  14. 막을 형성하기 위한 방법으로서, 제1 유량으로 프로세스 챔버의 프로세스 볼륨 내로 제1 가스를 유입시키는 단계; 기판 지지 조립체 상에 배치된 기판 상에 막을 형성하기 위해, 상기 제1 가스로부터 플라즈마를 생성하는 단계; 및 제2 유량으로 상기 프로세스 볼륨 내로 산소를 유입시키는 단계를 포함하며, 상기 산소는 상기 기판 지지 조립체 아래에 배치된 방사 차폐부와 상기 기판 지지 조립체 사이의 공간으로부터 그리고 상기 프로세스 챔버의 측벽의 개구를 통해 상기 프로세스 볼륨의 하부 구역 내로 유입되고, 상기 제1 유량 대 상기 제2 유량의 비는 0.5 내지 3이고, 상기 제2 유량은 상기 프로세스 챔버 내의 총 유동의 적어도 40%를 차지하며, 상기 산소는 상기 기판 지지 조립체 아래의 상기 플라즈마의 미반응 종을 소비하기 위한 자연 연소 반응을 가능하게 하고, 상기 방사 차폐부와 상기 기판 지지 조립체 사이의 공간을 통해 유입된 상기 산소는 상기 기판 지지 조립체 아래에서 상기 플라즈마의 분산을 방지하기 위한 배리어를 제공하는, 막을 형성하기 위한 방법.
  15. 제1 항에 있어서, 상기 제2 가스는 프로세스 조건들에서 반응하지 않는, 막을 형성하기 위한 방법.
  16. 제10 항에 있어서, 상기 제2 가스는 상기 프로세스 챔버의 측벽의 개구로부터 상기 프로세스 볼륨 내로 추가로 유입되는, 막을 형성하기 위한 방법.
  17. 제16 항에 있어서, 상기 제2 가스는 상기 프로세스 볼륨의 하부 구역에서 상기 제1 가스와 반응하여 반응 부산물을 형성하고, 그리고 상기 반응 부산물은 상기 프로세스 챔버로부터 배기되는, 막을 형성하기 위한 방법.
  18. 제16 항에 있어서, 상기 제2 가스는 상기 기판 지지 조립체와 상기 방사 차폐부 사이의 공간 및 상기 프로세스 챔버의 측벽의 개구로부터 상기 프로세스 볼륨 내로 동시에 유입되는, 막을 형성하기 위한 방법.
  19. 막을 형성하기 위한 방법으로서, 프로세스 챔버의 슬릿 밸브 개구를 통해 상기 프로세스 챔버의 프로세스 볼륨 내로 기판을 전달하는 단계 ― 상기 기판은 기판 지지 조립체 상으로 전달됨 ―; 제1 유량으로 상기 프로세스 챔버의 덮개 조립체를 통해 상기 프로세스 챔버의 상기 프로세스 볼륨 내로 제1 가스를 유입시키는 단계 ― 상기 덮개 조립체는 복수의 개구를 갖는 가스 분배 부재를 포함함 ―; 상기 기판 지지 조립체 상에 배치된 상기 기판 상에 막을 형성하기 위해, 상기 제1 가스로부터 플라즈마를 생성하는 단계; 및 제2 유량으로 상기 프로세스 볼륨 내로 제2 가스를 유입시키는 단계를 포함하며, 상기 제2 가스는 상기 슬릿 밸브 개구로부터 분리된 가스 유입 포트를 통해 상기 프로세스 볼륨의 하부 구역 내로 유입되고, 상기 가스 유입 포트는 상기 프로세스 챔버의 측벽에 그리고 상기 기판 지지 조립체 아래에 배치되고, 상기 제2 가스는 상기 제1 가스와 동시에 상기 프로세스 볼륨 내로 유입되고, 상기 제1 유량 대 상기 제2 유량의 비는 0.5 내지 3이고, 상기 제2 가스는 상기 프로세스 볼륨의 하부 구역에서 상기 제1 가스와 반응하여 반응 부산물을 형성하며, 상기 반응 부산물은 상기 프로세스 챔버로부터 배기되는, 막을 형성하기 위한 방법.
  20. 제19 항에 있어서, 상기 제2 가스는 상기 플라즈마와 반응하지 않는, 막을 형성하기 위한 방법.

Description

챔버 잔류물들을 감소시키는 방법들 [0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 기판 증착 프로세스들 동안의 챔버 벽들 및 하드웨어 컴포넌트들, 이를테면, 반도체 기판들 상의 박막들의 증착 동안의 프로세스 챔버들의 하드웨어 컴포넌트들 상의 잔류물들의 형성을 최소화하기 위한 방법들 및 장치에 관한 것이다. [0002] PECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition)는 반도체 디바이스 제작을 위해 기판 상에 하나 이상의 박막들을 형성하는 데 사용될 수 있다. 반도체 디바이스들이 그들의 연속적으로 감소하는 치수들 및 멀티-스택 구조들의 활용으로 인해 더 높은 메모리 밀도를 요구함에 따라, 반도체 디바이스들의 막 특성들의 제어가 점점 더 우려되고 있다. 막 형성 프로세스에서 결함들의 주요 원인은 증착 챔버 내의 잔류물들, 특히 챔버 최하부 및 슬릿 밸브 영역들과 같은 원하지 않는 영역들에 증착된 잔류물들의 존재이다. 챔버 내의 그러한 잔류물들의 존재는 결함있는 반도체 디바이스들을 초래할 뿐만 아니라, 증착 사이클들 사이의 세정 시간을 증가시키고, 그에 따라, 전체 수율 처리량을 감소시키고 제조 비용들을 증가시킨다. 챔버 잔류물들의 축적에 기여하는 요인들은 챔버 전체에 걸친 플라즈마의 잘못된 분산 및 원하지 않는 기생 플라즈마의 형성을 포함한다. [0003] 따라서, 챔버 컴포넌트들 상의 잔류물들의 증착 및 축적을 최소화하기 위한 개선된 방법들 및 장치가 당해 기술분야에 필요하다. [0004] 일 실시예에서, 막을 형성하기 위한 방법은, 제1 유량으로 프로세스 챔버의 프로세스 볼륨 내로 제1 가스를 유입시키는 단계, 기판 지지 조립체 상에 배치된 기판 상에 막을 형성하기 위해, 제1 가스로부터 플라즈마를 생성하는 단계, 및 제2 유량으로 프로세스 볼륨 내로 제2 가스를 유입시키는 단계를 포함한다. 제2 가스는 기판 지지 조립체 아래에 배치된 가스 유입 포트를 통해 프로세스 볼륨의 하부 구역 내로 유입된다. 제1 유량 대 제2 유량의 비(ratio)는 약 0.5 내지 약 3이다. [0005] 일 실시예에서, 막을 형성하기 위한 방법은, 제1 유량으로 프로세스 챔버의 프로세스 볼륨 내로 제1 가스를 유입시키는 단계, 기판 지지 조립체 상에 배치된 기판 상에 막을 형성하기 위해, 제1 가스로부터 플라즈마를 생성하는 단계, 및 프로세스 챔버 내의 총 유동의 약 40%를 차지하는 제2 유량으로 프로세스 볼륨 내로 제2 가스를 유입시키는 단계를 포함한다. 제2 가스는 기판 지지 조립체 아래에 배치된 가스 유입 포트를 통해 프로세스 볼륨의 하부 구역 내로 유입된다. [0006] 일 실시예에서, 막을 형성하기 위한 방법은, 제1 유량으로 프로세스 챔버의 프로세스 볼륨 내로 제1 가스를 유입시키는 단계, 기판 지지 조립체 상에 배치된 기판 상에 막을 형성하기 위해, 제1 가스로부터 플라즈마를 생성하는 단계, 및 프로세스 챔버 내의 총 유동의 적어도 40%를 차지하는 제2 유량으로 프로세스 볼륨 내로 산소 가스를 유입시키는 단계를 포함한다. 제1 유량 대 제2 유량의 비는 약 0.5 내지 약 3이다. 산소 가스는 기판 지지 조립체 아래에 배치된 가스 유입 포트를 통해 프로세스 볼륨의 하부 구역 내로 유입되고, 기판 지지 조립체 아래에서 플라즈마의 미반응 종을 소비하기 위한 자연 연소 반응(spontaneous combustion)을 가능하게 한다. [0007] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 예시적인 실시예들을 예시하는 것이므로 그 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하며, 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있다는 것이 주목되어야 한다. [0008] 도 1a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 예시적인 프로세스 챔버의 개략적인 단면도를 예시한다. [0009] 도 1b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 예시적인 프로세스 챔버의 개략적인 단면도를 예시한다. [0010] 도 2는 본원에서 설명되는 일 실시예에 따른 방법의 흐름도를 예시한다. [0011] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들이 추가의 언급없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있음이 고려된다. [0012] 본 개시내용은 프로세스 챔버에서 기판 프로세싱 동안 하드웨어 잔류물의 형성을 감소시키고 2차 플라즈마 형성을 최소화하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 프로세스 챔버는 제1 가스를 프로세스 볼륨 내로 유동시키고 그로부터 플라즈마를 생성하도록 구성된 가스 분배 부재를 포함할 수 있다. 플라즈마의 잘못된 분산을 감소시키고, 웨이퍼 평면 아래의 활성 라디칼 종의 존재를 감소시키고, 하부 구역을 능동적으로 세정하기 위해, 제2 가스가 프로세스 볼륨의 하부 구역 내로 공급된다. 또한, 프로세싱 동안 또는 프로세싱 후에 프로세스 볼륨으로부터 과잉 가스들 또는 부산물들을 제거하기 위해 하부 구역에 배기 포트가 배치된다. [0013] 도 1a는 일 실시예에 따른 프로세스 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 프로세스 챔버(100)는 기판, 이를테면, 기판(154) 상에 CVD(chemical vapor deposition) 막을 증착하기에 적절한 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 챔버일 수 있다. 본원에서 설명되는 바와 같이 이익을 얻도록 구성될 수 있는 프로세스 챔버들의 예들은, 캘리포니아, 산타클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 상업적으로 입수가능한 PRODUCER® CVD 프로세스 장치 및 PRECISION™ 프로세스 장치를 포함한다. 본원에서 설명되는 실시예들에 따라, 다른 제조사들로부터의 또는 다른 애플리케이션들을 위한 프로세스 챔버들을 포함하는 다른 적절하게 구성된 프로세스 챔버들이 또한 사용될 수 있다. 예컨대, 본원에서 설명되는 실시예들은, 특히 에칭 챔버들, 이온 주입 챔버들, 및 스트리핑 챔버들에 이익이 되도록 사용될 수 있다. [0014] 프로세스 챔버(100)는, 증착 및 제거 프로세스들을 포함하는 다양한 플라즈마 프로세스들을 위해 사용될 수 있다. 일 양상에서, 프로세스 챔버(100)는 RF(radio frequency) 전력 소스들과 함께 또는 RF 전력 소스들 없이 하나 이상의 전구체 가스들을 사용하여 CVD를 수행하는 데 사용된다. 다른 실시예에서, 프로세스 챔버(100)는 PECVD 프로세스들을 위해 사용된다. [0015] 프로세스 챔버는, 프로세스 볼륨(120)을 적어도 부분적으로 정의하는 측벽들(106) 및 챔버 최하부(108)를 갖는 챔버 바디(102)를 포함한다. 프로세스 챔버(100)는 덮개 조립체(110) 및 기판 지지 조립체(104)를 더 포함한다. 기판 지지 조립체(104)는 프로세스 볼륨(120)에 배치되고, 프로세싱 동안 기판 지지 조립체(104) 상에 기판(154)을 지지하도록 구성된다. 덮개 조립체(110)는 챔버 바디(102)의 상부 단부에서 챔버 바디(102)에 커플링되어, 프로세스 볼륨(120) 내의 기판 지지 조립체(104)를 둘러싼다. 기판(154)은 측벽(106)에 형성된 슬릿 밸브 개구(126)를 통해 프로세스 볼륨(120)으로 전달된다. 슬릿 밸브 개구(126)는 기판 전달을 위해 기판 전달 로봇(미도시)에 의한 프로세스 볼륨(120)에 대한 액세스를 가능하게 하기 위해 선택적으로 개방 및 폐쇄된다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 프로세스 가스들 및 세정 가스들은 슬릿 밸브 개구(126)를 통해 프로세스 볼륨 내로 유입될 수 있다. [0016] 전극(109)이 챔버 바디(102) 근처에 배치되고, 그리고 챔버 바디(102)를 덮개 조립체(110)의 다른 컴포넌트들로부터 분리시킨다. 전극(109)은 덮개 조립체(110)의 일부일 수 있거나, 또는 별개의 측벽 전극일 수 있다. 유전체 재료, 이를테면, 세라믹 재료 또는 금속 산화물 재료, 예컨대 알루미늄 산화물 및/또는 알루미늄 질화물로 형성될 수 있는 아이솔레이터(107)가 전극(109)과 접촉하고, 전극(109)을 덮개 조립체(110)의 다른 컴포넌트들로부터 그리고 챔버 바디(102)로부터 전기적으로 그리고 열적으로 분리시킨다. 일 실시예에서, 전극(109)은, 아이솔레이터들(107)이 측벽들(106) 및 덮개 조립체(110)와 접촉하도록, 대향하는 아이솔레이터들(107) 사이에 샌드위치된다. [0017] 덮개 조립체(110)는, 하나 이상의 프로세스 가스들, 전구체들, 또는 세정 가스들을 프로세스 볼륨(120) 내로 유동시키기 위한 복수의 개구들(118)을 갖는 가스 분배 부재(112)를 포함한다. 가스들은 도관(114)을 통해 제1 가스 소스(111)로부터 프로세스 챔버(100)로 공급되고, 가스들은 개구들(118)을 통해 프로세스 볼륨(120) 내로 유동하기 전에 혼합 플레넘(116) 내로 유동된다. 일 예에서, 증착 또는 세정 프로세스들 동안 하나 이상의 불활성 가스들, 이를테면, 아르곤, 질소, 산소, 헬륨 등이 프로세스 볼륨(120) 내로 유동될 수 있다. 증착 동안 프로세스 볼륨(120) 내로 유동될 수 있는 전구체 가스들의 다른 적절한 예들은 프로펜, 암모니아, 테트라에틸 오쏘실리케이트, 실란 등을 포함한다. 하나 이상의 가스들은 약 1000 sccm(standard cubic centimeter per minute) 내지 약 20000 sccm, 이를테면, 약 5000 sccm 내지 약 15000 sccm, 이를테면, 약 10000 sccm의 총 유량으로 프로세스 볼륨(120) 내로 유입된다. [0018] 가스 분배 부재(112)는 가스 분배 부재(112)에 전력을 제공하도록 구성된 전력 소스(142), 이를테면, RF(radio frequency) 전력 소스에 추가로 커플링된다.