原位干洗方法和装置与流程

本发明涉及原位干洗方法和装置。更具体地，本发明涉及一种原位干洗方法和装置，其可以在一个腔室中执行生产和去除六氟硅酸铵的工艺，以去除形成在基板上的氧化硅或氮化硅，并且因此可以提高生产率和硬件稳定性。

背景技术：

随着半导体器件电路逐渐高度集成和小型化，需要在诸如多晶硅、氧化硅、氮化物等的异质图案之间表现出高选择比特性的蚀刻和清洗技术。

通常，湿法蚀刻技术具有优异的颗粒去除特性，但是存在的问题在于，由于高纵横比图案中的表面张力而导致清洗能力降低，并且难以控制原子级精细蚀刻的选择比。另外，干法蚀刻技术存在的问题在于，由于对入射在晶片上的离子进行轰击，蚀刻后在晶片的表面上产生损伤层，因此需要后续处理来去除损伤层。

最近，引入了干洗技术作为解决上述问题的替代性技术，其中，通过气体反应或自由基反应将氧化硅或氮化硅转化为六氟硅酸铵((nh4)2sif6)固体层，并通过加热并去除以此方式产生的六氟硅酸铵固体层。

然而，干洗技术的去除速度低于其他技术，因此，当去除具有预定厚度以上的薄膜时，需要重复执行生产六氟硅酸铵的反应步骤和去除六氟硅酸铵的热处理步骤，因此，存在与现有的湿法和干法蚀刻相比生产率显著降低的问题。

图1是用于描述现有的非原位(ex-situ)干洗技术的图。

参照图1，现有的非原位干洗技术是如下的一种技术：在反应室中产生六氟硅酸铵后，将基板输送到热处理室中，并布置在以120℃以上的温度被加热的卡盘上，以利用从卡盘到基板的热传导的温度蒸发并去除六氟硅酸铵，根据上述技术，存在的问题在于，当重复执行去除具有预定厚度以上的氧化物或氮化物的过程时，在输送装置中发生瓶颈现象，从而降低了生产率。

图2是用于描述现有的原位(in-situ)干洗技术的图。

参照图2，现有的原位干洗技术是如下的一种技术：在一个腔室中同时进行用于产生六氟硅酸铵的反应和用于去除六氟硅酸铵的热处理，与现有的非原位法相比，瓶颈问题得到了改善，但是由于需要执行使卡盘靠近被加热的喷头的过程以进行热处理，因此由于包括卡盘在内的下部模块的重量而导致的移动速度的限制以及由于重复进行而而导致的故障等，而存在包括每小时产量(uph)和平均故障间隔时间(mtbf)在内的总生产率下降的问题。

[现有技术文件]

[专利文件]

(专利文件0001)韩国专利申请公开第10-2009-0071368号(公开日期：2009年7月1日公开，标题：“基板处理方法、基板处理装置及存储介质”)

(专利文件0002)韩国授权专利第10-0784661号(授权日期：2007年12月5日授权，标题：“半导体器件的制造方法”)

技术实现要素：

技术问题

本发明旨在提供一种原位干洗方法和装置，其可以在一个腔室中进行生产和去除六氟硅酸铵的工艺以去除形成在基板上的氧化硅或氮化硅，并且因此可以提高生产率和硬件稳定性。

具体地，本发明旨在提供一种原位干洗方法和装置，其在固定卡盘的状态下，通过喷头将经加热的传热气体直接喷洒到硅基板上，以汽化并去除六氟硅酸铵，因此提高处理速度并降低故障率，从而可以改善现有技术的生产率低下和硬件不稳定性。

问题的解决方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于去除形成在硅基板上的氧化物或氮化物的干洗方法，所述干洗方法包括：反应产物产生步骤，将与氧化硅或氮化硅反应的反应气体供应到布置在腔室内的硅基板，以将氧化硅或氮化硅中的至少一部分转化为六氟硅酸铵((nh4)2sif6)；以及反应产物去除步骤，通过将经加热的传热气体供应到形成有六氟硅酸铵的硅基板来去除该六氟硅酸铵。

在根据本发明的干洗方法中，传热气体至少包含h2o。

在根据本发明的干洗方法中，传热气体的加热温度为200至1000℃。

在根据本发明的干洗方法中，反应产物产生步骤可以包括如下步骤：将硅基板布置在腔室内的卡盘上；在对至少包含nf3的第一反应气体进行等离子体处理的情况下，将该第一反应气体供应到硅基板；以及在未对至少包含nh3的第二反应气体进行等离子体处理的情况下，将该第二反应气体供应到硅基板。

在根据本发明的干洗方法中，第二反应气体以加热状态供应；以及第二反应气体的加热温度为100至1000℃。

在根据本发明的干洗方法中，在反应产物去除步骤中，通过独立于由被设置在腔室中的喷头供应的经加热的传热气体的供应通路的通路来供应包含n2或ar的气体。

在根据本发明的干洗方法中，将卡盘的温度控制为常温到100℃的范围。

在根据本发明的干洗方法中，喷头的加热温度为100至200℃。

在根据本发明的干洗方法中，腔室的内壁的加热温度为80至100℃。

在根据本发明的干洗方法中，反应产物产生步骤和反应产物去除步骤在一个腔室中以原位方式连续执行。

本发明提供了一种用于去除形成在硅基板上的氧化硅或氮化硅的干洗装置，所述干洗装置包括：卡盘，该卡盘被设置在腔室内，在所该卡盘上布置有作为处理对象的硅基板；卡盘加热单元，该卡盘加热单元用于加热卡盘；射频(rf)电极，该rf电极施加有用于生成等离子体的rf电源，并且具有第一气体供应通路；喷头，该喷头在连接到该rf电源的接地端的状态下与rf电极间隔开，并且等离子体生成区域介于该喷头与该rf电极之间，并且该喷头具有第二气体供应通路和与该第二气体供应通路物理上分离的第三气体供应通路；以及气体加热单元，该气体加热单元用于加热供应到喷头的气体，其中，对应于由卡盘加热单元加热的卡盘的加热温度而对该硅基板进行加热，在由所述rf电源对已通过第一气体供应通路的至少包含nf3的第一反应气体进行等离子体处理的情况下，将所述第一反应气体经由所述第二气体供应通路供应到所述硅基板，并且在未对至少包含nh3的第二反应气体进行等离子体处理的情况下，将所述第二反应气体经由第三气体通路供应到硅基板，从而将氧化硅或氮化硅中的至少一部分转化为六氟硅酸铵((nh4)2sif6)，并且将由气体加热单元加热的传热气体通过第三气体供应通路喷射到硅基板上，从而去除六氟硅酸铵。

在根据本发明的干洗装置中，传热气体可以至少包含h2o。

在根据本发明的干洗装置中，传热气体的加热温度为200至1000℃。

在根据本发明的干洗装置中第二反应气体以加热状态供应；以及第二反应气体的加热温度为100至1000℃。

在根据本发明的干洗装置中，独立于通过喷头的第三气体供应通路供应的经加热的传热气体的供应通路，通过第一气体供应通路和第二气体供应通路供应包含n2或ar的气体。

在根据本发明的干洗装置中，将卡盘的温度被控制为常温到100℃的范围。

发明的有益效果

根据本发明，可以提供一种原位干洗方法和装置，其可以在一个腔室中执行生产和去除六氟硅酸铵的工艺，以去除形成在基板上的氧化硅或氮化硅，并且因此可以提高生产率和硬件稳定性。

具体地，可以提供一种原位干洗方法和装置，其在卡盘被固定的状态下，通过喷头将经加热的传热气体直接喷射到硅基板上，以汽化并去除六氟化硅铵，因此提高处理速度并降低故障率，从而可以改善现有技术的生产率低下和硬件不稳定性。

附图说明

图1是用于描述现有的非原位干洗技术的图。

图2是用于描述现有的原位干洗技术的图。

图3是示出根据本发明实施例的干洗方法的图。

图4是示出根据本发明实施例的干洗装置的图。

图5和图6是用于描述根据本发明实施例的干洗装置的示例性操作的图。

具体实施方式

仅出于描述本发明的实施例的目的而示出了根据在本说明书中公开的本发明的实施例的具体结构或功能描述，并且本发明的实施例可以以各种形式实现，而不限于本说明书中描述的实施例。

由于根据本发明的实施例可以以各种方式修改并且可以具有各种替代形式，因此在附图中示出实施例并且在本说明书中对其详细描述。然而，并不旨在将本发明限制为所公开的特定形式，本发明将覆盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有修改、等同形式和替代形式。

诸如“第一”、“第二”等术语可用于描述各种元件，但是这些元件不受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一个元件，例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。

当一个元件被称为“连接”或“联接”到另一个元件时，应理解该元件可以直接连接或联接到另一个元件，或者在它们之间可以存在其他元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接联接”至另一元件时，应理解为不存在中间元件。此外，应该以类似的方式来解释用于描述元件之间的关系的其他表述，即“在...之间”与“直接在...之间”，“相邻”与“直接相邻”等。

在本说明书使用的术语仅出于描述特定实施例的目的而提出的，并不旨在限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也旨在也包括复数形式。应当进一步理解的是，在本文中使用的术语“包括”、“包含”或“具有”等指定本说明书中记载的特征、整数、步骤、操作、元件、部件或其组合的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件或其组合的存在或添加。

除非另有定义，否则本文所用的包括技术和科学术语在内的所有术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。应当进一步理解，诸如在常用词典中所定义的术语应被解释为具有与其在现有技术的上下文中的含义一致的含义，除非在本文中明确定义，否则不应被以理想化或过于形式的意义来解释。

在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。

图3是示出根据本发明实施例的干洗方法的图，图4是示出执行根据本发明实施例的干洗方法的装置的示例性构造的图，图5和图6是用于描述根据本发明实施例的干洗装置的示例性操作的图。

参照图3至图6，根据本发明实施例的干洗方法是用于去除形成在硅基板40上的氧化硅或氮化硅的方法，并且包括反应产物产生步骤s100和反应产物去除步骤s300。

在反应产物产生步骤s100中，执行将与氧化硅或氮化硅反应的反应气体供应到设置在腔室10内的硅基板40上以引起反应从而将氧化硅或氮化硅中的至少一部分转化为六氟硅酸铵((nh4)2sif6)的过程。即，在执行反应产物产生步骤s100之后，用六氟硅酸铵固体层代替存在于硅基板40的表面上的氧化硅或氮化硅的全部或部分。

例如，反应产物产生步骤s100可以包括步骤s110、步骤s120、步骤s130、步骤s140和步骤s150。

在步骤s110中，执行将硅基板40布置在被布置于腔室10内的卡盘20上的过程。例如，可以通过输送装置(未示出)将硅基板40输送并布置到布置在腔室10内的卡盘20。此外，硅基板40可以处于常温或加热状态，并且作为用于上述状态的构造，可以利用卡盘加热单元30将布置有硅基板40的卡盘20的温度控制为常温到100℃的范围。由于硅基板40以与卡盘20接触的状态被布置，因此硅基板40被加热至与卡盘20的加热温度相对应的温度。

在步骤s120中，执行将第一反应气体注入等离子体生成区域的过程。例如，第一反应气体可以至少包含nf3，并且更具体地，包含nf3、o2，he或ar。例如，这种第一反应气体可以从腔室10的上部注入到等离子体生成区域中。为此，被布置在腔室10的上部区域中的射频(rf)电极60可以具有第一气体供应通路62，该第一气体供应通路62提供第一反应气体的注入通路。

在步骤s130中，执行通过施加rf电源50而在等离子体生成区域中生成等离子体的过程。例如，在腔室10内，rf电极60可以布置在上侧并且喷头70布置在下侧(将在下面描述)，等离子体生成区域介于rf电极60与喷头70之间，rf电源50的阳极可以电连接至rf电极60，并且rf电源50的阴极可以电连接至喷头70。当施加rf电源50时，注入到rf电极60和喷头70中的第一反应气体通过等离子体反应而自由基化，并通过设置在喷头70中的第二气体供给通路72被供应到硅基板40。

在步骤s140中，执行通过将第二反应气体不经等离子体处理直接注入喷头70而将该第二反应气体供应到硅基板40的过程。例如，除了提供自由基化的第一反应气体通过的通路的第二气体供应通路72之外，布置在等离子体生成区域下方的喷头70还可具有第三气体供应通路74，该第三气体供应通路74提供第二反应气体和在下文中描述的传热气体通过其注入的通路。第二气体供应通路72和第三气体供应通路74可以被配置为物理上彼此分离。例如，第二反应气体可以至少包含nh3，并且更具体地，包含nh3或h2。

例如，第二反应气体可以在以100到1000℃范围内的温度被加热的状态下被供应。可以如下描述这种配置的原因。通常，为了去除形成在硅基板上的氧化硅或氮化硅，将nf3气体和惰性气体注入等离子体反应区域中以产生氟自由基，并且nh3气体或h2气体不经等离子体处理而通过喷头供应至硅基板。在这种情况下，氢的活性化程度受到氟自由基的影响，并且该方法具有氢活性化效率低并且难以控制的问题。如图6所示，在本发明的实施例中，可以通过控制未经等离子体处理注入的第二反应气体(例如nh3或h2)的温度，提高产生六氟硅酸铵固体层所需的氢活性化水平，并可以通过精细地改变温度来实现精确控制。

在步骤s150中，执行经等离子体处理的第一反应气体及未经等离子体处理的第二反应气体与形成在硅基板40上的氧化硅或氮化硅反应以生成六氟硅酸铵作为反应产物的过程。例如，六氟硅酸铵可以被形成为固体层，并且用六氟硅酸铵固体层代替存在于硅基板40的表面上的氧化硅或氮化硅的全部或部分。

例如，当在硅基板40上形成有氧化硅时，使用以下反应式表示通过经等离子体处理而供应的第一反应气体中所包含的自由基成分与未经等离子体处理而供应的第二反应气体中的气体成分之间的反应将氧化硅转化为六氟硅酸铵的过程。

2nh4f(g)+4hf(g)+sio2＝(nh4)2sif6(g)+2h2o

在反应产物去除步骤s300中，执行通过将经加热的传热气体供应到产生六氟硅酸铵的硅基板40上来去除六氟硅酸铵的过程。

例如，传热气体可至少包括被加热的h2o，更具体地说，包括被加热的h2o或n2。

这种传热气体的加热温度可以在200至1000℃之间。通过将传热气体的加热温度设定在上述范围内，可以有效地汽化并去除六氟硅酸铵。

例如，在反应产物去除步骤s300中，可以通过独立于通过设置在腔室10中的喷头70而供应的被加热的传热气体的供应通路的通路供应包含n2或ar的气体。

可以通过以下反应式描述通过被加热的传热气体而汽化并去除六氟硅酸铵的过程。

(nh4)2sif6(g)＝sif4(g)+2nh3(g)+2hf(g)

上面参考图1描述的现有的非原位干洗技术是如下的一种技术：在反应室中产生六氟硅酸铵之后，将基板输送到热处理室中并布置在以120℃以上的温度加热的卡盘上，以利用从卡盘到基板的热传导在一定温度下蒸发并去除六氟硅酸铵，根据该技术，存在的问题在于，当重复执行去除具有预定厚度以上的氧化物或氮化物的过程时，在输送装置中出现瓶颈(bottleneck)现象，从而降低了生产率。

此外，以上参考图2描述的现有的原位干洗技术是在一个腔室中同时进行用于产生六氟硅酸铵的反应和用于去除六氟硅酸铵的热处理的技术，与现有的非原位方法相比，瓶颈问题得到了改善，但是由于需要执行使卡盘靠近加热的喷头的过程来进行热处理，因此由于包括卡盘在内的下部模块的重量而导致的移动速度的限制以及重复进行而导致的故障等，而存在包括每小时产量(uph)和平均故障间隔时间(mtbf)的整体生产率下降的问题。

然而，根据本发明的实施例，由于在一个腔室中执行生产和去除六氟硅酸铵的过程并且在将卡盘固定的状态下通过喷头将经加热的传热气体喷射到硅基板上来去除六氟硅酸铵，因此处理速度有所提高且故障率显著降低，从而可以改善现有技术的生产率低下和硬件不稳定性。

例如，在去除六氟硅酸铵的过程中，布置有硅基板40的卡盘20可以处于加热状态据此，由于对应于卡盘20的加热温度而对硅基板40进行加热，因此可以提高六氟硅酸盐铵的去除效率。

例如，喷头70的加热温度可以在100至200℃的范围内，并且腔室10的内壁的加热温度可以在80至100℃的范围内。

如上所述，根据本发明的实施例，反应产物产生步骤s100和反应产物去除步骤s300可以在一个腔室中以原位方式连续执行。

图4是示出根据本发明实施例的干洗装置的图，图5和图6是用于描述根据本发明实施例的干洗装置的示例性操作的图。

参照图4至图6，本发明的实施例是用于去除形成在硅基板40上的氧化硅或氮化硅的干洗装置，并且包括腔室10、卡盘20、卡盘加热单元30、rf电极60、喷头70和气体加热单元80。除了图4至图6中公开的部件之外，干洗装置中还可以包括其他部件，但是应当注意，图4至图6中省略了与本发明的特征相关性低的部件。此外，根据本发明的实施例的干洗装置是用于执行以上详细描述的干洗方法的示例性装置配置，并且应当注意，该方法的描述可以适用于该装置。

腔室10提供用于执行去除形成在硅基板40上的氧化硅或氮化硅的整个过程的空间。

卡盘20是设置在腔室10的内并且布置有作为处理对象的硅基板40。

卡盘加热单元30是用于加热卡盘20的部件。

rf电极60被布置在腔室10内的上部区域中，用于生成等离子体的rf电源50被施加到rf电极60，并且rf电极60具有第一气体供应通路62。

喷头70在与rf电源50的接地端电连接的状态下与rf电极60间隔开，等离子体生成区域介于喷头70与rf电极60之间，并且喷头70具有第二气体供应通路72和与第二气体供应通路72物理上分离的第三气体供应通路74。由于喷头70连接至rf电源50的接地端并接地，因此可以在最大程度地抑制注入到硅基板40中的离子成分的同时仅使反应性自由基成分通过。

当施加rf电源50时，注入到rf电极60和喷头70的第一反应气体通过等离子体反应而自由基化，并通过设置在喷头70中的第二气体供应通路72被供应到硅基板40。

气体加热单元80是用于加热供应到喷头70的气体的部件。

在根据本发明实施例的干洗装置的配置下，对应于由卡盘加热单元30加热的卡盘20的加热温度而对硅基板40进行加热。

此外，在由rf电源50对已通过第一气体供给通路62的至少含有nf3的第一反应气体进行等离子体处理的情况下，将该第一反应气体经由第二气体供给通路72供应到硅基板40，在未对至少包含nh3的第二反应气体进行等离子体处理的情况下，将该第二反应气体经由第三气体供应通路74供应到硅基板40，从而将氧化硅或氮化硅中的至少一部分被转化为六氟硅酸铵((nh4)2sif6)。

此外，将由气体加热单元80加热的传热气体经由第三气体供应通路74喷射在硅基板40上，从而汽化并去除六氟硅酸铵。

例如，独立于通过喷头70的第三气体供应通路74供应的被加热的传热气体的供应通路，可以通过第一气体供应通路62和第二气体供应通路72供应未经等离子体处理的包含n2或ar的气体。

如上所述，根据本发明，可以提供一种原位干洗方法和装置，其可以在一个腔室中进行产生和去除六氟硅酸铵的工艺来去除形成在基板上的氧化硅或氮化硅，从而可以提高生产率和硬件稳定性。

具体地，可以提供一种原位干洗方法和装置，其在卡盘被固定的状态下，通过喷头将经加热的传热气体直接喷射到硅基板上，以汽化并去除六氟化硅铵，因此提高处理速度并降低故障率，从而可以改善现有技术的生产率低下和硬件不稳定性。

附图标记

10：腔室

20：卡盘

30：卡盘加热单元

40：硅基板

50：射频电源

60：射频电极

62：第一气体供应通路

70：喷头

72：第二气体供应通路

74：第三气体供应通路

80：气体加热单元

s100：反应产物产生步骤

s200：反应产物去除步骤。