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KR20120057570A - 프로세스 챔버벽들 상의 실리콘 코팅을 사용하는 잔여 불소 라디칼들의 강화된 스캐빈징 - Google Patents

프로세스 챔버벽들 상의 실리콘 코팅을 사용하는 잔여 불소 라디칼들의 강화된 스캐빈징 Download PDF

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KR20120057570A
KR20120057570A KR1020117027745A KR20117027745A KR20120057570A KR 20120057570 A KR20120057570 A KR 20120057570A KR 1020117027745 A KR1020117027745 A KR 1020117027745A KR 20117027745 A KR20117027745 A KR 20117027745A KR 20120057570 A KR20120057570 A KR 20120057570A
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마노즈 벨라이칼
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마제드 포아드
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

기판을 프로세싱하기 위한 방법들 및 장치가 여기에 제공된다. 일부 실시예들에서, 기판 프로세싱을 위한 장치는 내부 볼륨을 정의하는 챔버 바디를 갖는 프로세스 챔버; 및 상기 챔버 바디의 내부 표면 상에 배치되는 실리콘 함유 코팅을 포함하고, 상기 실리콘 함유 코팅의 외부 표면은 적어도 35 원자 퍼센트 실리콘(Si)이다. 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버 내에 실리콘 함유 코팅을 형성하기 위한 방법은 실리콘 함유 가스를 포함하는 제 1 프로세스 가스를 상기 프로세스 챔버의 내부 볼륨에 제공하는 단계; 및 상기 프로세스 챔버의 내부 표면 상에 실리콘 함유 코팅을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 실리콘 함유 코팅의 외부 표면은 적어도 35 퍼센트 실리콘이다.

Description

프로세스 챔버벽들 상의 실리콘 코팅을 사용하는 잔여 불소 라디칼들의 강화된 스캐빈징{ENHANCED SCAVENGING OF RESIDUAL FLUORINE RADICALS USING SILICON COATING ON PROCESS CHAMBER WALLS}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 반도체 기판 프로세싱에 관한 것이다.
상보형 금속 산화 반도체(CMOS) 기술은 집적 회로들에서 광범위하게 사용된다. CMOS 디바이스 제조 동안 기판들을 프로세싱하는데 일반적으로 사용되는 방법은 예를 들어, 플라즈마 도핑 프로세스에서의 불소-기반 플라즈마 전구체(precursor)들의 사용을 포함한다. 그러나, 플라즈마 도핑 프로세스 동안 해리된 과도한 불소 라디칼들은 하부 기판(underlying substrate) 상의 하부 CMOS 구조들을 공격적으로 부식시키며, 중요한 프로세스 통합 문제들, 디바이스 성능 저하 등을 초래한다.
따라서, 불소-기반 플라즈마 기판 프로세스들에서 과도한 불소 라디칼들을 감소시키기 위한 향상된 방법들 및 장치에 대한 필요성이 존재한다.
기판을 프로세싱하기 위한 방법들 및 장치가 여기에 제공된다. 일부 실시예들에서, 기판 프로세싱을 위한 장치는 내부 볼륨을 정의하는 챔버 바디를 갖는 프로세스 챔버; 및 상기 챔버 바디의 내부 표면 상에 배치되는 실리콘 함유 코팅을 포함하고, 상기 실리콘 함유 코팅의 외부 표면은 적어도 35 원자 퍼센트 실리콘(Si)이다. 상기 프로세스 챔버는 기판 프로세싱을 위한 임의의 적합한 프로세스 챔버일 수 있다. 이것은 플라즈마를 형성하도록 구성되는 프로세스 챔버들을 포함할 수 있다. 형성되는 플라즈마는 불소 기반일 수 있다.
일부 실시예들에서, 프로세스 챔버 내에 실리콘 함유 코팅을 형성하기 위한 방법은 실리콘 함유 가스를 포함하는 제 1 프로세스 가스를 상기 프로세스 챔버의 내부 볼륨에 제공하는 단계; 및 상기 프로세스 챔버의 내부 표면 상에 실리콘 함유 코팅을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 실리콘 함유 코팅의 외부 표면은 적어도 35 퍼센트 실리콘이다.
일부 실시예들에서, 실리콘 함유 코팅은 실리콘으로 구성되거나 본질적으로 실리콘으로 구성된다. 일부 실시예들에서, 실리콘 함유 코팅은 실리콘 및 산소(O2)의 교호층(alternating layer)들 및 실리콘 층들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 코팅은 하나의 표면 상에 배치되는 실리콘 및 산소 표면을 가질 수 있고, 상기 산소 농도는 상기 코팅의 전반에 걸쳐 점진적으로 감소되어, 본질적으로 실리콘 또는 실리콘 부유(rich)의 반대쪽 표면을 초래한다.
본 발명의 상기 기술된 특징들이 보다 상세하게 이해될 수 있는 방식으로, 상기 간략하게 요약된 본 발명의 보다 특정한 설명이 실시예들을 참조하여 이루어지며, 이들 실시예들 중 일부는 첨부된 도면들에 예시된다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예들만을 예시할 뿐이며, 따라서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않고, 본 발명에 대하여 다른 동등하게 효과적인 실시예들에 수용될 수 있다는 점에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 반도체 기판들을 프로세싱하기에 적합한 장치를 도시한다.
도 2a-c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버의 내부 표면에 배치되는 실리콘 함유 코팅의 실시예들을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따라 기판들을 프로세싱하기 위한 방법을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 프로세스 챔버의 내부 표면들 상에 실리콘 함유 코팅을 형성하기 위한 방법을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 프로세스 챔버의 내부 표면들 상에 실리콘 함유 코팅을 형성하기 위한 방법을 도시한다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 한 동일한 참조 번호들이 도면들에 공통적인 동일한 엘리먼트들을 지정하는 데 사용되었다. 도면들은 축척에 맞게(scale) 도시되지 않으며, 명확성을 위해서 간략화될 수 있다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들이 추가적인 설명 없이 다른 실시예들에 유익하게 포함될 수 있음이 참작된다.
본 발명의 실시예들은 일반적으로 불소-기반 플라즈마 기판 프로세싱을 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다. 일부 실시예들에서, 챔버 내에 존재하는 잔여 불소 라디칼들을 유리하게 감소시키기 위하여 실리콘 또는 실리콘-부유 코팅을 갖는 프로세스 챔버가 제공된다. 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버의 내부 표면들 상에 코팅을 형성하기 위한 방법들이 제공된다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 도핑을 위한 방법들이 여기에 제공된다. 본 발명은 프로세스 챔버 내의 잔여 불소 라디칼들을 제거하여 기판들의 부식을 감소시킴으로써 기판 프로세싱을 유리하게 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들은 플라즈마 도핑 프로세스들 또는 프로세스 챔버 내에 과도한 원하지 않는 불소 라디칼들을 초래하는 임의의 다른 프로세스에 대하여 구성되는 프로세스 챔버들과 같은 임의의 적합한 프로세스 챔버에 포함될 수 있다. 비-제한적인 예로서, 하나의 이러한 적합한 시스템은 캘리포니아주 산타클라라에 있는 Applied Materials, Inc으로부터 입수가능한 P3i 반응기이다. 이러한 적합한 반응기 및 상기 반응기의 동작 방법은 본 발명의 양수인에게 양도되며, 여기에 참조로 포함되는 미국 특허 번호 제7,166,524호에서 설명된다.
본 발명의 일부 실시예들에 따라 기판들을 변형 및 프로세싱하는 데 적합한 시스템의 일례가 토로이드형 소스 플라즈마 이온 침지 주입 반응기(100)를 도시하는 도 1에 관하여 아래에서 설명된다. 도 1을 참조하면, 토로이드형 소스 플라즈마 침지 이온 주입 반응기(100)는 원통형 측벽(104) 및 디스크형 천장부(106)에 의해 정의되는 원통형 프로세스 챔버(102)를 갖는다. 프로세스 챔버의 바닥부의 기판 지지부(108)는 프로세싱될 기판(110)을 지지한다. 천장부(106) 상의 가스 분배판 또는 샤워헤드(112)는 가스 분배판(116)으로부터 자신의 가스 매니폴드(114) 내의 프로세스 가스를 수신하고, 상기 가스 분배판(116)의 가스 배출물은 하나 이상의 개별 가스 공급기들(118)로부터의 가스들 중 어느 하나 또는 혼합물들일 수 있다. 진공 펌프(120)는 기판 지지부(108)와 측벽(104) 사이에서 정의되는 펌핑 환형부(122)에 결합된다. 프로세싱 영역(124)은 기판(110)과 가스 분배판(112) 사이에서 정의된다.
원통형 측벽(104)의 내부 표면(156)은 본 발명에 따라 실리콘 함유 코팅(154)으로 코팅될 수 있다. 일부 실시예들에서, 실리콘 함유 코팅은 실질적으로 챔버 바디의 내부 표면(156)(예를 들어, 내부 볼륨을 정의하는 챔버 바디의 표면들)을 커버한다. 일부 실시예들에서, 아래에서 설명되는 바와 같이, 실리콘 함유 코팅(154)은 플라즈마 도핑 프로세스 동안 또는 이러한 플라즈마 도핑 프로세스 직전에 증착될 수 있다. 실리콘 함유 코팅(154)은 하나 이상의 층들을 포함할 수 있고, 오직 실리콘 뿐인, 또는 본질적으로 실리콘으로 구성되는(예를 들어, 약 95 퍼센트 이상의 실리콘) 또는 실리콘-부유인(예를 들어, 약 35 원자 퍼센트 이상의 실리콘) 부분(예를 들어, 프로세스 챔버의 내부에 대면(facing) 및 노출됨) 또는 외부 표면을 갖는다. (종래의 실리콘 산화 코팅들과 비교하여) 약 35 퍼센트 이상의 실리콘인 코팅의 제공은 강화된 불소 스캐빈징(scavenging)을 용이하게 할 수 있으며, 이로써 프로세싱 동안 하부 실리콘 디바이스 구조들의 부식을 감소시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 그리고 도 2a에 도시되는 바와 같이, 실리콘 함유 코팅(154)은 실리콘으로 구성되는, 또는 본질적으로 실리콘으로 구성되는, 또는 실리콘-부유 조성물을 갖는 단일층일 수 있다. 예를 들어, 실리콘 함유 코팅(154)은 약 35 퍼센트 이상의 실리콘 조성물을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 2b에 도시되는 바와 같이, 실리콘 함유 코팅(154)은 상기 논의된 바와 같이(예를 들어, 약 35 퍼센트 이상의 실리콘 조성물을 가짐), 실리콘인, 또는 본질적으로 실리콘인, 또는 실리콘-부유인 부분 또는 외부 표면(204), 및 실리콘과 산소를 포함하는(예를 들어, SiOx) 부분 또는 내부 표면(202)을 갖는 단일층일 수 있다. 내부 표면(202)은 원통형 측벽(104)의 내부 표면(156)에 (또는 예를 들어, 도 2c에 관하여 아래에서 논의되는 바와 같이, 원통형 측벽(104)의 내부 표면(156) 상에 형성되는 층에) 인접하여 배치된다. 코팅 전반에 걸쳐 외부 표면(204) 쪽으로 산소 농도가 점차 감소하여, 반대쪽 외부 표면(204)이 약 35 퍼센트 이상의 실리콘 조성물을 갖게 한다. 산화 실리콘(SiOx)인 실리콘 함유 코팅(154)의 내부 표면의 제공은 원통형 측벽(104)의 내부 표면(156)에의 실리콘 함유 코팅(154)의 접착력 증가를 조장할 수 있으며, 이로써 프로세싱 동안 감소된 입자 형성을 제공한다. 실리콘 함유층(154) 내의 실리콘 농도의 변화율은 선형적, 곡선적, 연속적, 불연속적 또는 이들의 조합들일 수 있다.
일부 실시예들에서, 그리고 도 2c에 도시되는 바와 같이, 실리콘 함유 코팅(154)은 원통형 측벽(104)의 내부 표면(156) 상에 배치되는 실리콘 및 산소의 제 1 층(206) 및 제 1 층의 상부에 배치되는 실리콘의 제 2 층(208)을 포함하는 2개 이상의 층들일 수 있다. 실리콘의 제 2 층(208)은 단일층 실리콘 함유 코팅(154)(예를 들어, 그레이드 조성물(graded composition), 순수 실리콘 조성물, 실리콘-부유 조성물, 본질적으로 실리콘 조성물, 또는 일반적으로 약 35 퍼센트 이상의 실리콘 조성물)에 관하여 상기 논의된 실시예들 중 임의의 것일 수 있다. 일부 실시예들에서, 실리콘 함유 코팅(154)은 (층(210)에 의해 가상선(phantom)으로 도시되는) 2보다 많은 수의 층들을 포함할 수 있으며, 여기서 교호층들은 실리콘 및 산소의 층들 및 실리콘 층들을 포함하고, 적어도 최외각층(예를 들어, 프로세싱 영역(124)에 노출되는 층)은 단일층 실리콘 함유 코팅(154)에 관하여 상기 논의된 실시예들 중 임의의 것이다.
상기 논의된 실시예들 중 임의의 것을 포함하는 일부 실시예들에서, 적어도 최외각 실리콘 함유층은 적어도 하나의 도펀트를 함유할 수 있다. 이러한 도펀트들은 붕소(B), 비소(As), 인(P), 게르마늄(Ge), 탄소(C), 질소(N) 등을 포함할 수 있다. 실리콘 함유 코팅(154)의 최외각 표면(또는 부분)에 도펀트의 부가는 프로세싱 동안 불소 스캐빈징을 더 용이하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 실리콘 함유 코팅(154) 내에 제공되는 도펀트는 아래에서 보다 상세하게 논의되는 바와 같이, 프로세싱 동안 불소 전구체 가스에서 이용되는 것과 동일한 엘리먼트일 수 있다.
도 1로 되돌아가서, 한 쌍의 외부 요각(reentrant) 도관들(126, 128)은 프로세싱 영역(124)을 통해 통과하는 플라즈마 전류들에 대한 요각 토로이드형 경로들을 설정하며, 상기 토로이드형 경로들은 프로세싱 영역(124) 내에서 교차한다. 도관들(126, 128) 각각은 프로세스 챔버의 대향측들에 결합되는 한 쌍의 단부들(130)을 갖는다. 각각의 도관(126, 128)은 중공 전도성 튜브이다. 각각의 도관(126, 128)은 도관의 2개의 단부들 사이의 폐루프 전도 경로의 형성을 방지하는 D.C 절연 링(132)을 갖는다.
각각의 도관(126, 128)의 환형부는 환형 자기 코어(134)에 의해 둘러싸인다. 코어(134)를 둘러싸는 여기 코일(136)은 임피던스 정합 디바이스(140)를 통해 RF 전력원(138)에 결합된다. 환형 자기 코어들(134) 중 각각의 상기 코어들에 결합되는 2개의 RF 전력원들(138)은 2개의 약간 상이한 주파수들을 가질 수 있다. RF 전력원들(138)로부터 결합되는 RF 전력은 각각의 도관(126, 128)을 통해 그리고 프로세싱 영역(124)을 통해 연장되는 폐 토로이드형 경로들 내에서 플라즈마 이온 전류들을 생성한다. 이들 이온 전류들은 각각의 RF 전력원(128)의 주파수에서 발진한다. 전력은 임피던스 정합 회로(144) 또는 DC 전력원(150)을 통해 RF 바이어스 전력 생성기(142)에 의해 기판 지지부(108)에 인가된다.
플라즈마 형성 및 후속하는 기판 프로세싱은 프로세스 가스 또는 프로세스 가스들의 혼합물을 가스 분배판(112)을 통해 프로세스 챔버(324) 내에 도입함으로써 그리고 도관들 내에 그리고 프로세싱 영역(124) 내에 토로이드형 플라즈마 전류들을 생성하기 위해서 생성기들(138)로부터 요각 도관들(126, 128)로 충분한 소스 전력을 인가함으로써 수행된다. 기판 표면에 근접한 플라즈마 플럭스(flux)는 RF 바이어스 전력 생성기(142)에 의해 인가되는 기판 바이어스 전압에 의해 결정된다. 플라즈마율 또는 플럭스(초당 제곱 cm당 기판 표면에 접촉하는 이온들의 수)는 RF 소스 전력 생성기들(138)에 의해 인가되는 RF 전력 레벨에 의해 제어되는 플라즈마 밀도에 의해 결정된다. 기판(110)에서의 누적 이온량(이온/cm2)은 플럭스가 유지되는 총 시간 및 플럭스 둘다에 의해 결정된다.
기판 지지부(108)가 정전 척(electrostatic chuck)인 경우, 매립 전극(146)이 기판 지지부의 절연판(148) 내에 제공되고, 매립 전극(146)이 임피던스 정합 회로(144) 또는 DC 전력원(150)을 통해 RF 바이어스 전력 생성기(142)에 결합된다.
동작 중에, 플라즈마가 기판(110)을 프로세싱하기 위해서 반응기(100) 내의 프로세스 가스들로부터 생성된다. 상기 설명된 바와 같이 도관들(126, 128) 내에 그리고 프로세싱 영역(124) 내에 플라즈마 이온 전류들을 생성하기 위해서 생성기들(138)로부터 요각 도관들(126, 128)로 충분한 소스 전력을 인가함으로써 플라즈마가 프로세싱 영역(124) 내에 형성된다. 일부 실시예들에서, 이온들의 플럭스를 기판 표면쪽으로 제어하기 위해서 RF 바이어스 전력 생성기(142)에 의해 전달되는 기판 바이어스 전압이 조정될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 어떤 바이어스 전력도 인가되지 않는다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따라 기판들을 프로세싱하기 위한 방법을 도시한다. 도 3의 방법은 도 1에서 설명되는 장치를 참조하여 이해될 수 있다. 방법(300)은 일반적으로 302에서 시작하며, 여기서 실리콘 기반 코팅(154)이 프로세스 챔버의 내부 표면들(156) 상에 형성될 수 있다. 실리콘 기반 코팅(154)은 상기 설명된 실시예들 중 임의의 것일 수 있으며, 다양한 방식들로 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시되는 바와 같이, 실리콘 기반 코팅을 형성하기 위한 방법(400)이 제공되며, 402에서 시작하고, 여기서 실리콘 함유 가스를 포함하는 제 1 프로세스 가스가 프로세스 챔버(102)에 제공된다. 일부 실시예들에서, 실리콘 함유 가스는 실란(SiH4)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 프로세스 가스는 가스 흐름을 강화시키고 플라즈마 점화를 용이하게 하기 위해서, 아르곤, 헬륨 등과 같은 불활성 가스를 더 포함할 수 있다. 제 1 프로세스 가스는 약 10 내지 약 500 sccm 사이의 유량으로 챔버(102)에 제공될 수 있다.
이후, 404에서, 실리콘 함유 코팅(154)은 프로세스 챔버(102)의 내부 표면들(156) 상에 형성된다. 실리콘 함유 코팅은 402에서 제공되는 실리콘 함유 가스의 화학 기상 증착에 의해 프로세스 챔버(102)의 내부 표면들(156) 상에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들어, 실리콘 함유 가스가 제공되는 동안 프로세스 챔버(102)는 약 5와 약 300 mTorr의 압력에서 그리고 섭씨 약 0 도와 약 65도 사이의 온도에서 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서, RF 전력은 프로세스 가스로부터의 플라즈마 점화를 용이하게 하기 위해서 그리고 코팅 치밀화(densification)를 위해서 제공될 수 있다. 예를 들어, 약 200 내지 약 1000 W 사이의 RF 소스 전력 및 선택적으로, 최대 약 500 W의 RF 바이어스 전력이 제공될 수 있다. 이러한 프로세스에 의해 형성되는 실리콘 함유 코팅(154)은 적어도 약 35 퍼센트 실리콘의 조성물을 가질 수 있다. 제 1 프로세스 가스가 제공되며, 증착 프로세스는 약 500 옴스트롱(Angstroms) 내지 약 10 μm 사이의 두께로 실리콘 함유 코팅(154)을 증착시키도록 충분한 시간 기간 동안 지속될 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 5에 도시되는 바와 같이, 실리콘 기반 코팅을 형성하기 위한 방법(500)이 제공되며, 여기서 실리콘 함유 코팅(154)은 실리콘 및 산소를 포함하는 제 1 층(또는 부분) 및 제 1 층보다 더 높은 실리콘 조성물을 갖는 제 2 층(또는 부분)을 포함한다. 방법(500)은 일반적으로 502에서 시작하며, 여기서 실리콘 함유 가스 및 산소 함유 가스를 포함하는 제 1 프로세스 가스가 프로세스 챔버(102)에 제공된다. 실리콘 함유 가스는 도 4에 관하여 상기 논의된 가스들 중 임의의 것일 수 있다. 예를 들어, 적합한 산소 함유 가스는 산소(O2)이다. 일부 실시예들에서, 실리콘 함유 가스는 실란(SiH4)을 포함할 수 있고, 산소 함유 가스는 산소(O2)를 포함할 수 있다. 제 1 프로세스 가스는 약 10 내지 약 500 sccm 사이의 총 유량으로 챔버(102)에 제공될 수 있다. 실리콘 함유 가스가 산소 함유 가스와 상이한 실시예들에서, 실리콘 및 산소 함유 가스들은 약 10:1 내지 약 1:10 사이의 실리콘 함유 가스 대 산소 함유 가스의 유량비로 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 실리콘 및 산소 함유 가스들 각각의 유량은 약 30 내지 약 300 sccm 사이일 수 있다.
504에서, 실리콘 및 산소를 포함하는 실리콘 함유 코팅(154)의 제 1 부분은 이후 프로세스 챔버(102)의 내부 표면(156) 상에 형성된다. 제 1 부분은 502에서 제공되는 실리콘 함유 가스의 화학 기상 증착에 의해 프로세스 챔버(102)의 내부 표면들(156) 상에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들어, 제 1 프로세스 가스가 제공되는 동안 프로세스 챔버(102)는 약 5와 약 300 mTorr 사이의 압력에서 그리고 섭씨 약 0 도와 약 65 도 사이의 온도에서 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서, RF 전력은 프로세스 가스로부터의 플라즈마 점화를 용이하게 하기 위해서 그리고 Si 코팅의 치밀화를 위해서 제공될 수 있다. 예를 들어, 약 200 내지 약 1000 W 사이의 RF 소스 전력 및 선택적으로, 최대 약 500 W의 RF 바이어스 전력이 제공될 수 있다. 이러한 프로세스에 의해 형성되는 실리콘 함유 코팅(154)의 제 1 부분은 산화 실리콘(SiOx)의 조성물을 가질 수 있다. 제 1 프로세스 가스는 제공될 수 있으며, 증착 프로세스는 약 500 옴스트롱 내지 약 10 μm 사이의 두께로 실리콘 및 산소를 포함하는 실리콘 함유 코팅(154)의 제 1 부분 또는 층을 증착시키도록 충분한 시간 기간 동안 지속될 수 있다.
이후, 506에서, (산소 함유 가스의 흐름을 종료시킴으로써 포함하는) 프로세스 챔버(102)로의 산소 함유 가스의 흐름이 감소될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 프로세스 가스 내의 실리콘 함유 가스의 흐름을 유지시키는 동안 산소 함유 가스의 흐름이 감소될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 프로세스 가스의 흐름이 중지될 수 있고, (상기 논의된 것과 유사한) 실리콘 함유 가스를 포함하는 제 2 프로세스 가스가 프로세스 챔버(102)에 제공될 수 있다. 제 2 프로세스 가스 내의 실리콘 함유 가스는 제 1 프로세스 가스 내의 실리콘 함유 가스와 동일하거나 상이할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 2 프로세스 가스 내의 실리콘 함유 가스는 제 1 프로세스 가스 내의 실리콘 함유 가스와 동일하다.
산소 함유 가스의 흐름의 감소는 (원하는 감소율과 같이) 점진적이거나 주기적일 수 있으며, 산소 함유 가스의 흐름이 완전히 종료되게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 실리콘 함유 가스 대 산소 함유 가스의 유량비는 약 3:2와 약 6:1 사이의 최초 유량비로부터 약 10:1 대 약 순수 실리콘 함유 가스 사이의 최종(ending) 유량비로 감소될 수 있다. 일부 실시예들에서, 실리콘 함유 가스 대 산소 함유 가스에 대한 최초 유량비(실제 sccm 단위)는 약 300:200과 약 300:50 사이일 수 있으며, 최종 유량비는 약 300:30 내지 약 300:0 사이일 수 있다.
이후, 508에서, 실리콘 기반 코팅(예를 들어, 외부 부분(204) 또는 제 2 층(208))은 예를 들어, 상기 논의된 바와 동일한 온도 및 압력 조건들에서 화학 기상 증착에 의해 실리콘 및 산소 기반 코팅(예를 들어, 내부 부분(202) 또는 제 1 층(206)) 상부에 형성될 수 있다. 산소 함유 가스의 유량의 감소는 실리콘 함유 코팅(154)의 실리콘 함량의 증가를 용이하게 하여, 이로써 실리콘 함유 코팅(154)의 제 2 부분(또는 층)이 적어도 약 35 퍼센트 실리콘의 조성물을 갖도록 증착될 수 있다. 제 2 프로세스 가스가 제공될 수 있으며, 증착 프로세스는 약 500 옴스트롱 내지 약 10 μm 사이의 두께로 실리콘을 포함하는 실리콘 함유 코팅(154)의 제 2 부분 또는 층을 증착시키도록 충분한 시간 기간 동안 지속될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 부분 및 더 높은 농도의 실리콘 제 2 부분을 함께 포함하는 실리콘 및 산소는 실리콘 함유 코팅(154)을 형성한다(예를 들어, 도 2b 참조). 일부 실시예들에서, 제 1 층 및 더 높은 농도의 실리콘 제 2 층을 함께 포함하는 실리콘 및 산소는 실리콘 함유 코팅(154)을 형성한다(예를 들어, 도 2c 참조). 일부 실시예들에서, 상기 프로세스는 실리콘 함유 코팅(154)을 형성하기 위해서 임의의 원하는 양의 교호층들을 형성하는 데 원하는 만큼 반복될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 함유 코팅(154)은 제 1 및 제 2 층들(또는 부분들) 사이에 배치될 수 있는 하나 이상의 중간층들(또는 부분들)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 실리콘을 포함하는 제 3 층은 실리콘 및 산소를 포함하는 제 1 층의 상부에(예를 들어, 제 1 층과 제 2 층 사이에) 배치될 수 있고, 실리콘 및 산소를 포함하는 제 4 층은 제 3 층의 상부에(예를 들어, 제 3 층과 제 2 층 사이에) 배치될 수 있다. 이러한 실리콘 함유 코팅(154)은 프로세스 챔버의 내부 표면 상에 배치되는 실리콘 및 산소를 포함하는 제 1 층, 제 1 층의 상부에 배치되는 실리콘을 포함하는 제 3 층, 제 3 층의 상부에 배치되는 실리콘 및 산소를 포함하는 제 4 층 및 제 4 층의 상부에 배치되는 적어도 35 퍼센트 실리콘을 포함하는 제 2 층을 포함할 것이다. 상기 층들(예를 들어, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 층들)이 형성될 수 있으며, 여기에서 논의되는 유사한 층들과 같은 임의의 조성물을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 논의된 실시예들 중 임의의 것과 같이, 제 1 또는 제 2 프로세스 가스는 또한 붕소(B), 비소(As), 인(P), 게르마늄(Ge), 탄소(C), 질소(N) 등과 같은, 도펀트를 제공하기 위한 도펀트 함유 가스를 포함할 수 있다. 도펀트 함유 가스는 실리콘 함유 가스와 동일하거나 상이할 수 있다. 적합한 도펀트 함유 가스들의 예들은 BF3, B2H6, AsH3, PH3, PF3, GeH4, CF4 등을 포함한다. 실리콘 함유 가스가 도펀트 함유 가스로부터 분리되는 실시예들에서, 실리콘 및 도펀트 함유 가스들은 약 10:1 내지 약 1:10 사이의 또는 일부 실시예들에서, sccm 단위로, 약 300:30 sccm으로부터 약 30:300 sccm까지의 실리콘 함유 가스 대 도펀트 함유 가스의 유량비로 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 방법에 의해 형성되는 실리콘 함유 코팅(154)(또는 적어도 외부 부분 또는 자신의 제 2 층)은 상기 도펀트들 중 하나 이상의 적어도 약 1 퍼센트의 조성물을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 논의된 실시예들 중 임의의 것과 같이, 실리콘 함유 코팅(154)은 플라즈마-강화된 CVD 프로세스를 통해 형성될 수 있다. 상기 화학 기상 증착 프로세스들 중 임의의 것에서, 약 10 mTorr 내지 약 100 mTorr 사이의 프로세스 챔버 압력을 유지시키는 동안 플라즈마가 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 약 11 내지 약 14 MHz 사이의 주파수에서 약 100 내지 약 1500 W 사이의 소스 RF 전력을 제공하면 플라즈마가 형성된다.
상기 설명에 추가로, 원하는 두께로 실리콘 함유 코팅(154)을 증착시키는 동안 추가적인 프로세스 파라미터들이 조절(regulate)될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 화학 기상 증착 프로세스가 수행되는 시간량은 미리 결정된 프로세싱 기간에서 또는 실리콘 함유 코팅(154)의 원하는 두께(또는 부분 또는 그의 층)가 증착된 이후에 설정될 수 있다.
도 3을 참조하면, 이후, 304에서, 불소 함유 가스가 기판(110)을 프로세싱하기 위한 플라즈마 전구체로서 프로세스 챔버(102)에 제공된다. 일부 실시예들에서, 불소 함유 가스는 붕소, 비소, 인, 게르마늄, 탄소, 질소 등과 같은 도펀트를 함유할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 불소 함유 가스는 3불화 붕소(BF3), 3불화 인(PF3), 5불화 인(PF5), 3불화 비소(AsF3), 5불화 비소(AsF5) 등을 포함할 수 있다. 불소 함유 가스는 약 5 내지 약 350 sccm의 유량으로 프로세스 챔버(102)에 제공될 수 있다.
이후, 306에서, 기판(110)의 프로세싱을 용이하게 하기 위해서 불소 함유 가스로부터 플라즈마가 형성된다. 일부 실시예들에서, 약 5 내지 약 100 mTorr 사이의 압력으로 프로세스 챔버(102)를 유지시키는 동안 플라즈마가 형성된다. 일부 실시예들에서, 약 40 kHz 내지 약 14 MHz 사이의 주파수에서 약 100 내지 약 3000 W의 RF 소스 전력을 제공하면 플라즈마가 형성된다. 기판(110)의 플라즈마 도핑의 완료 시에, 방법(300)은 일반적으로 종료되고, 기판(310)은 원하는 만큼 추가적으로 프로세싱될 수 있다.
따라서, 불소-기반 플라즈마 기판 프로세싱을 위한 장치 및 방법들이 여기에서 제공되었다. 일부 실시예들에서, 챔버 내에 존재하는 잔여 불소 라디칼들을 유리하게 감소시키기 위하여 실리콘 또는 실리콘-부유 코팅을 갖는 프로세스 챔버가 제공된다. 본 발명은 프로세스 챔버 내의 잔여 불소 라디칼들을 제거하여 기판들의 부식을 감소시킴으로써 기판 프로세싱을 유리하게 향상시킬 수 있다.
상기 설명은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 본 발명의 기본 범위를 벗어나지 않고 고안될 수 있다.

Claims (15)

  1. 기판 프로세싱을 위한 장치로서,
    내부 볼륨을 정의하는 챔버 바디를 갖는 프로세스 챔버; 및
    상기 챔버 바디의 내부 표면 상에 배치되는 실리콘 함유 코팅을 포함하고,
    상기 실리콘 함유 코팅의 외부 표면은 적어도 35 원자 퍼센트 실리콘(Si)인,
    기판 프로세싱을 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 내부 볼륨 내에서 플라즈마 프로세싱을 위해서 구성되는,
    기판 프로세싱을 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 함유 코팅은 상기 내부 볼륨을 정의하는 상기 챔버 바디의 표면들을 실질적으로 커버하는,
    기판 프로세싱을 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 함유 코팅의 적어도 외부 부분은 본질적으로 실리콘으로 구성되는,
    기판 프로세싱을 위한 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 함유 코팅은,
    실리콘 및 산소를 포함하는 제 1 층; 및
    상기 제 1 층 상에 배치되는 제 2 층을 더 포함하고,
    상기 제 2 층은 적어도 35 퍼센트 실리콘을 포함하는,
    기판 프로세싱을 위한 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 실리콘 함유 코팅은,
    상기 제 1 층과 상기 제 2 층 사이에 배치되는 제 3 층 ― 상기 제 3 층은 실리콘을 포함함 ― ; 및
    상기 제 3 층과 상기 제 2 층 사이에 배치되는 제 4 층 ― 상기 제 4 층은 실리콘 및 산소를 포함함 ― 을 더 포함하는,
    기판 프로세싱을 위한 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 층은 산소를 더 포함하고,
    상기 제 1 층 및 상기 제 2 층의 계면에 근접한 상기 제 2 층 내의 산소의 제 1 농도는 상기 제 2 층의 외부 표면에 근접한 상기 제 2 층 내의 산소의 제 2 농도보다 더 큰,
    기판 프로세싱을 위한 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 층의 외부 표면에 근접한 산소의 농도는 실질적으로 0인,
    기판 프로세싱을 위한 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 함유 코팅은 붕소, 비소, 게르마늄, 탄소, 질소 또는 인 중 적어도 하나를 더 포함하는,
    기판 프로세싱을 위한 장치.
  10. 프로세스 챔버 내에 실리콘 함유 코팅을 형성하기 위한 방법으로서,
    실리콘 함유 가스를 포함하는 제 1 프로세스 가스를 상기 프로세스 챔버의 내부 볼륨에 제공하는 단계; 및
    상기 제 1 프로세스 가스로부터 적어도 부분적으로 상기 프로세스 챔버의 내부 표면 상에 실리콘 함유 코팅을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 실리콘 함유 코팅의 외부 표면은 적어도 35 퍼센트 실리콘인,
    프로세스 챔버 내에 실리콘 함유 코팅을 형성하기 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 실리콘 함유 코팅은 실리콘 및 산소를 포함하는 제 1 층 및 적어도 35 퍼센트 실리콘을 포함하는 제 2 층을 포함하고, 상기 방법은,
    상기 제 1 프로세스 가스로부터 상기 챔버 바디의 내부 표면의 적어도 일부분 상에 상기 제 1 층을 형성하는 단계 ― 상기 제 1 프로세스 가스는 산소 함유 가스를 더 포함함 ― , 및
    상기 제 1 층 상에 상기 제 2 층을 형성하는 단계를 더 포함하는,
    프로세스 챔버 내에 실리콘 함유 코팅을 형성하기 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 실리콘 함유 코팅은 실리콘을 포함하는 제 3 층 및 실리콘 및 산소를 포함하는 제 4 층을 더 포함하고, 상기 방법은,
    상기 제 1 층과 상기 제 2 층 사이에 상기 제 3 층을 형성하는 단계; 및
    상기 제 3 층과 상기 제 2 층 사이에 상기 제 4 층을 형성하는 단계를 더 포함하는,
    프로세스 챔버 내에 실리콘 함유 코팅을 형성하기 위한 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 층은 산소를 더 포함하고,
    상기 제 1 층 및 상기 제 2 층의 계면에 근접한 상기 제 2 층 내의 산소의 제 1 농도는 상기 제 2 층의 외부 표면에 근접한 상기 제 2 층 내의 산소의 제 2 농도보다 더 큰,
    프로세스 챔버 내에 실리콘 함유 코팅을 형성하기 위한 방법.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버 내에 기판을 배치하는 단계;
    불소 함유 가스 플라즈마 전구체(precursor)를 상기 프로세스 챔버에 제공하는 단계;
    상기 불소 함유 가스로부터 상기 프로세스 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 단계; 및
    상기 플라즈마로 상기 기판을 프로세싱하는 단계를 더 포함하는,
    프로세스 챔버 내에 실리콘 함유 코팅을 형성하기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 프로세스 가스는 붕소, 비소, 게르마늄, 탄소, 질소 또는 인 중 적어도 하나를 더 포함하고,
    상기 불소 함유 가스는 붕소, 비소, 게르마늄, 탄소, 질소 또는 인 중 적어도 하나를 더 포함하는,
    프로세스 챔버 내에 실리콘 함유 코팅을 형성하기 위한 방법.
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