移除薄膜中的杂质的方法以及衬底处理设备与流程

1.本发明涉及一种移除薄膜中的杂质的方法以及一种衬底处理设备，且更具体来说，涉及从薄膜移除杂质的一种移除薄膜中的杂质的方法以及一种衬底处理设备。


背景技术：

2.在半导体制造工艺期间，使用例如原子层沉积(atomic layer deposition，ald)及化学气相沉积(chemical vapor deposition，cvd)等方法来沉积薄膜，且将薄膜用作半导体器件。此处，包含金属元素及配体(或键结(bind)元素)的金属前体化合物主要用作用于薄膜沉积的源气体。
3.一般来说，当使用金属前体化合物来沉积薄膜时，金属元素与配体之间的键合(bond)不会被有效地破坏，因此会沉积具有配体的一部分的金属元素(或金属元素的氧化物或氮化物)。因此，配体可作为薄膜内的杂质，此会导致增加薄膜的电阻率(或介电常数)的问题。
4.近来，随着半导体器件的高性能及高集成度的要求以及器件大小的微型化，需要一种技术来改善用作半导体器件的薄膜的电阻率(或介电常数)特性，且因此需要一种从薄膜有效地移除杂质的方法。
5.[现有文件]
[0006]
韩国专利出版物第10-1999-0059064号


技术实现要素：

[0007]
[待解决的问题]
[0008]
本发明将提供一种移除薄膜中的杂质的方法以及一种衬底处理设备，以通过依序地实行多个气体供应及减压排气(reduced pressure exhaust)来有效地移除薄膜中所包含的杂质。
[0009]
[解决问题的方式]
[0010]
根据实施例，一种移除薄膜中的杂质的方法包括以下步骤：在工艺腔室中提供上面形成有薄膜的衬底；将与所述薄膜中所包含的杂质发生反应以及结合的第一气体供应到所述工艺腔室中；在停止所述第一气体的所述供应之后，通过对所述工艺腔室的内部进行减压来排出所述杂质与所述第一气体的结合产物(coupled product)；通过将不同于所述第一气体的第二气体供应到所述工艺腔室中来将所述薄膜固化；以及停止所述第二气体的所述供应且将剩余的所述第二气体从所述工艺腔室的所述内部排出。
[0011]
所述供应所述第一气体的步骤可在所述工艺腔室之内在0.1托到20托的第一压力下实行，且所述排出所述结合产物的步骤可通过对所述工艺腔室的所述内部进行减压而在低于所述第一压力的0.1毫托到20毫托的第二压力下实行。
[0012]
所述杂质可包含碳(c)，且所述第一气体可包含氢(h)。
[0013]
所述薄膜可包含金属元素，且所述第二气体可包含氧(o)。
[0014]
所述供应所述第一气体的步骤可被实行达第一时间段，且所述排出所述结合产物的步骤可被实行达比所述第一时间段短的第二时间段。
[0015]
所述供应所述第一气体的步骤可在100℃到400℃的温度下实行。
[0016]
所述将所述薄膜固化的步骤可包括使所述第二气体中的元素与所述薄膜的表面发生反应以形成固化层。
[0017]
所述固化层可具有或小于的厚度。
[0018]
所述供应所述第一气体的步骤、所述排出所述结合产物的步骤、所述将所述薄膜固化的步骤及所述排出剩余的所述第二气体的步骤可被重复多次。
[0019]
根据另一实施例，一种衬底处理设备包括：工艺腔室，上面形成有薄膜的衬底在所述工艺腔室中被装载及卸载；第一气体供应单元，被配置成将第一气体供应到所述工艺腔室中，所述第一气体与所述薄膜中所包含的杂质发生反应以及结合；第二气体供应单元，被配置成将第二气体供应到所述工艺腔室中，所述第二气体不同于所述第一气体；加热器单元，设置在所述工艺腔室之外，以向所述工艺腔室的内部提供热能；排气单元，被配置成对所述工艺腔室的所述内部进行排气；以及控制单元，被配置成控制所述第一气体供应单元、所述第二气体供应单元及所述排气单元，所述第一气体供应单元可通过所述控制单元的控制而供应所述第一气体，以通过所述杂质与所述第一气体的反应生成结合产物，所述排气单元可通过所述控制单元的所述控制而排出所述结合产物，且所述第二气体供应单元可通过所述控制单元的所述控制而供应所述第二气体以将所述薄膜固化。
[0020]
所述控制单元可将所述工艺腔室的内部压力调节为0.1托到20托的第一压力以供应所述第一气体，且将所述工艺腔室的所述内部减压到低于所述第一压力的0.1毫托到20毫托的第二压力，以排出所述结合产物。
[0021]
所述控制单元可还控制所述加热器单元将所述工艺腔室之内的温度调节到100℃到400℃的温度。
[0022]
所述控制单元可进行控制，以多次重复地实行供应所述第一气体、排出所述结合产物及供应所述第二气体。
[0023]
所述杂质可包含碳(c)，且所述第一气体可包含氢(h)。
[0024]
所述薄膜可包含金属元素，且所述第二气体可包含氧(o)。
[0025]
[发明效果]
[0026]
根据本发明，一种移除薄膜中的杂质的方法可通过使薄膜中所包含的杂质与第一气体发生反应以生成杂质与第一气体的结合产物且快速对工艺腔室的内部进行减压以排出结合产物而从薄膜有效地移除杂质，且因此可改善薄膜特性(例如电阻率)。此外，通过在从0.1托到20托的第一压力到0.1毫托到20毫托的第二压力的快速减小的压力下排出结合产物，当薄膜由于图案而具有带有大的(或深的)纵横比的沟槽时，可在400℃或小于400℃的低温下从薄膜的表面甚至沟槽深处有效地移除杂质。
[0027]
另外，当在其中杂质已从薄膜逸出的部分(或位点(site))中产生例如空位(vacancy)等缺陷时，可供应不同于第一气体的第二气体且可通过第二气体的元素移除缺陷以将薄膜固化，从而改善薄膜(或半导体器件)的可靠性。
[0028]
此外，通过多次重复第一气体的供应及排出以及第二气体的供应及排出，可将杂质的移除速率最大化。
[0029]
另外，通过利用第二气体在薄膜的表面上形成固化层，固化层可抑制或防止第一气体与薄膜中除杂质之外的元素之间的任何反应。此外，薄膜表面上所形成的固化层可防止异物(foreign substance)粘合到从工艺腔室卸载的衬底上的薄膜上，或者防止薄膜被氧化。
附图说明
[0030]
图1是示出根据本发明实施例的移除薄膜中的杂质的方法的流程图。
[0031]
图2是用于阐释根据本发明实施例的第一气体及第二气体的供应及排出的循环的曲线图。
[0032]
图3是用于阐释根据本发明实施例的在步骤中的每一者中工艺腔室的内部压力的改变的曲线图。
[0033]
图4是示出根据本发明另一实施例的衬底处理设备的示意性剖视图。
[0034]
[符号的说明]
[0035]
10：衬底
[0036]
50：外部盖体
[0037]
100：衬底处理设备
[0038]
110：工艺腔室
[0039]
111：外管
[0040]
112：内管
[0041]
115：装载腔室
[0042]
116：凸缘部
[0043]
120：第一气体供应单元
[0044]
130：第二气体供应单元
[0045]
140：加热器单元
[0046]
150：排气单元
[0047]
151：排气端口
[0048]
152：排气管道
[0049]
153：真空泵
[0050]
160：控制单元
[0051]
170：衬底舟
[0052]
171：杆
[0053]
175：基座
[0054]
175a：阻热板
[0055]
175b：支撑件
[0056]
175c：上部板
[0057]
175d：下部板
[0058]
175e：侧盖体
[0059]
181：轴
[0060]
182：提升驱动单元
[0061]
183：旋转驱动单元
[0062]
184：支撑板
[0063]
184a：密封构件
[0064]
184b：轴承构件
[0065]
185：插入孔洞
[0066]
200：传送腔室
[0067]
210：入口端口
[0068]
250：闸阀
[0069]
s100、s200、s300、s400、s500：步骤
具体实施方式
[0070]
在下文中，参照附图，将详细阐述本发明的实施例。然而，本发明不限于以下公开的这些实施例且将以各种形式实施。仅提供本发明的实施例来完成本发明的公开，且完全告知所属领域中的普通技术人员本发明的范围。在说明通篇中，相同的参考编号被分配给相同的元件，附图在大小上可能被部分放大以准确阐述本发明的实施例，且附图中相同的参考编号指代相同的元件。
[0071]
图1是示出根据本发明实施例的移除薄膜中的杂质的方法的流程图。
[0072]
参照图1，根据实施例，移除薄膜中的杂质的方法包括以下步骤：在工艺腔室中提供上面形成有薄膜的衬底(步骤s100)；将与薄膜中所包含的杂质发生反应以及结合的第一气体供应到工艺腔室中(步骤s200)；在停止第一气体的供应之后，通过对工艺腔室的内部进行减压来排出杂质与第一气体的结合产物(步骤s300)；通过将不同于第一气体的第二气体供应到工艺腔室中来将薄膜固化(步骤s400)；以及停止第二气体的供应且将剩余的第二气体从工艺腔室的内部排出(步骤s500)。
[0073]
首先，在工艺腔室之内提供上面形成有薄膜的衬底(步骤s100)。薄膜可包含杂质，且可将上面形成有薄膜的衬底装载(或提供)在工艺腔室之内以移除这些杂质。举例来说，可通过传送机器人将衬底装载到工艺腔室中。衬底可为晶片，且薄膜可为绝缘膜(或介电膜)，例如氧化物或氮化物或金属膜。举例来说，可使用金属前体化合物来沉积薄膜；可通过金属的氧化或硝化来形成金属氧化物膜或金属氮化物膜，或者可通过金属本身的沉积来形成金属膜。
[0074]
另外，薄膜可具有图案。举例来说，当高度集成半导体器件时，薄膜可被微型化且具有带有各种结构的图案。图案可具有相对薄的厚度和/或窄的宽度，或者可具有复杂的形状。可在图案之间形成沟槽。沟槽可具有大的纵横比，且可更深且向下变得更窄。
[0075]
工艺腔室可为逐个处理衬底的单晶片类型，或者是通过将多个衬底以多层装载在衬底舟(substrate boat)上来同时处理所述多个衬底的批量类型(batch type)。
[0076]
当工艺腔室是批量类型时，在工艺腔室之内提供衬底的步骤(步骤s100)可包括以下步骤：将衬底以多层装载在衬底舟上；以及将衬底舟设置在工艺腔室之内。
[0077]
可将衬底以多层装载在衬底舟上。衬底舟可具有形成在多个杆(rod)中的多层式狭槽(slot)，使得衬底可插入且装载在衬底舟中。另外，衬底舟可具有结合到所述多个杆的多层式隔离板。这些隔离板可设置在衬底上方或下方，使得每一衬底可具有单独的处理空
间。可在工艺期间使衬底舟旋转。作为衬底舟(例如杆及隔离板)的材料，可使用、陶瓷、石英、合成石英等；衬底舟不限于此，而是可采用各种结构、形状及材料。
[0078]
举例来说，工艺腔室可为接纳衬底舟的工艺管(或反应管)，且可将装载腔室设置成在工艺腔室下面与工艺腔室连通。可通过传送机器人等从装载腔室将衬底以多层装载在衬底舟上。工艺管可具有单个管或多个管，只要所述工艺管可提供其中可接纳衬底舟的内部空间(工艺空间)即可。工艺管可由外管及内管构成，且可将凸缘部结合到内管的下部部分以支撑内管；内管不限于此，而是可采用各种结构及形状。
[0079]
可将衬底舟设置在工艺腔室之内。为了对衬底上所形成的薄膜实行杂质移除工艺，可将上面装载衬底的衬底舟设置在工艺腔室之内。举例来说，当衬底被装载在衬底舟上时，可通过舟升降机(boat elevator)将上面装载衬底的衬底舟提升以装载(或提供)到工艺腔室的内部(空间)中。舟升降机可设置有包括o形环的密封顶盖，且o形环可附接到凸缘部以将凸缘部的下端密封。一旦衬底舟被接纳在工艺腔室之内，便可对衬底上所形成的薄膜实行杂质移除工艺。
[0080]
使用衬底舟的此种批量类型程序可同时处理多个衬底，从而增加每次的衬底的通量。
[0081]
接下来，将与薄膜中所包含的杂质发生反应以及结合的第一气体供应到工艺腔室中(步骤s200)。第一气体可与薄膜中所包含的杂质发生反应以及结合，以产生结合产物。这样一来，通过将第一气体供应到工艺腔室中且使第一气体与薄膜中的杂质(例如，薄膜的表面上的杂质)发生反应，可产生第一气体结合产物，且可从薄膜移除(分离)杂质。
[0082]
举例来说，杂质可包含碳，且第一气体可包含氢(h)。当使用金属前体化合物(例如有机金属化合物)来沉积薄膜时，金属元素与碳配体之间的键合不会被有效地破坏，使得金属元素或金属元素的氧化物或氮化物可与键合的一些碳原子(c)一起沉积。因此，碳包含在薄膜中且作为杂质，此可能会增加薄膜的电阻率和/或介电常数。另一方面，在一些情况下，可能要求具有高介电常数的薄膜。在这种情况下，可能存在由于杂质导致薄膜的介电常数降低的问题。因此，必须从薄膜移除杂质碳。可通过使碳与包含氢的第一气体发生反应而从薄膜移除杂质(碳)。
[0083]
氢原子(h)可与碳原子(c)发生反应以及键结，且可通过此c-h键而产生cxhy系碳氢化合物(例如ch2、ch4等)的键结产物。由于键结产物cxhy系碳氢化合物处于气相，因此可通过吹扫和/或排出将其从工艺腔室排放。包含氢原子(h)的气体可为氢气(h2)，但不限于此。所述气体可为可与碳原子(c)发生反应且提供氢原子(h)而不引起除氢原子(h)与碳原子(c)之间的键结反应之外的反应的任何气体。
[0084]
作为下一阶段，停止第一气体的供应，且通过对工艺腔室的内部进行减压来排出杂质与第一气体的结合产物(步骤s300)。通过对工艺腔室的内部进行减压，可排出杂质与第一气体的结合产物。此处，杂质与第一气体的结合产物可处于气相，且因此可通过吹扫和/或排出将其从工艺腔室排出(排放)。当结合产物堆积(pile up)(或拥挤)在薄膜周围(例如，在薄膜的表面上)时，第一气体和/或第二气体未到达薄膜的表面(或被暴露出的表面)，且因此无法与杂质和/或薄膜发生反应。因此，可能不再可能移除杂质或将薄膜固化。
[0085]
因此，通过对工艺腔室的内部进行减压以排出结合产物，可确保第二气体可与薄膜发生反应，或者第一气体可与后续工艺中的杂质发生反应。因此，可有效地移除杂质，且
可将薄膜固化。
[0086]
接下来，通过将不同于第一气体的第二气体供应到工艺腔室中来将薄膜固化(步骤s400)。在其中杂质已从薄膜逸出的部分(或位点)中可能会产生例如空位等缺陷。为了改善薄膜的质量，可供应不同于第一气体的第二气体来将薄膜固化。举例来说，使用第二气体的元素填充(替代)空位以移除缺陷，从而改善薄膜(或半导体器件)的质量及可靠性。
[0087]
薄膜可包含金属元素(m)。金属元素(m)可包括任何过渡金属，例如锌(zn)、钛(ti)、钽(ta)、铬(cr)、锆(zr)、钨(w)、镍(ni)及铜(cu)，但不限于此。金属元素(m)可为能够沉积为薄膜(例如金属膜、金属氧化物膜或金属氮化物膜)的任何金属元素。
[0088]
当杂质与第一气体的元素结合时，金属元素(m)与杂质之间的键被分离，且金属元素(m)将具有悬空键(非键合位点)。举例来说，当杂质是碳原子(c)且第一气体是氢气(h2)时，通过将氢原子(h)和/或氢分子(h2)键结到碳原子(c)来分离m-c键，且金属元素(m)具有悬空键，从而在薄膜上形成不必要的吸附位点。异物或杂质可能被吸附或再吸附在不必要的吸附位点处。
[0089]
此问题可通过将薄膜固化来解决。可通过将第二气体的元素键结到金属元素(m)的悬空键来移除不必要的吸附位点，且可使用第二气体的元素填充空位以移除缺陷。
[0090]
将薄膜固化的步骤(步骤s400)可包括使第二气体中的元素与薄膜的表面发生反应以形成固化层。
[0091]
第二气体的元素可与薄膜的表面发生反应以形成固化层。第二气体的元素可与薄膜的表面发生反应，以被吸附到薄膜的表面(即，不必要的吸附位点)，从而形成固化层。通过从金属元素(m)移除悬空键，可防止不必要的吸附位点的形成(或产生)。在这种情况下，第二气体的元素可至少部分地使薄膜的表面氧化或氮化，且因此固化层可为氧化(氧化物)层或硝化(氮化物)层。
[0092]
举例来说，第二气体可包含氧(o)，且氧原子(o)被键合到金属元素(m)的悬空键，以吸附到薄膜的表面，从而形成固化层。氧可至少部分地使薄膜的表面氧化以形成氧化层，且因此固化层可为金属元素(m)的氧化物层。举例来说，第二气体可为包含氧原子(o)或氧气(o2)的气体，但不限于此。所述气体可为可提供氧原子(o)的任何气体，所述氧原子(o)能够键合到金属元素(m)的悬空键。
[0093]
固化层可填充其中杂质已从薄膜逸出的部分以移除缺陷，以及移除不必要的吸附位点以防止异物或杂质吸附或再吸附在薄膜的表面上。因此，将薄膜钝化，从而使薄膜稳定且改善薄膜的可靠性。
[0094]
固化层可具有或小于的厚度，例如介于到(即，0.01nm到50nm)、到以及到(例如，约或小于)的范围内的厚度。也就是说，固化层可具有小于一个原子层到几个原子层的厚度，且可为不连续层或连续层。此处，具有小于1个原子层的厚度的固化层可为不连续形成的固化层，且具有1个原子层或大于1个原子层的厚度的固化层可为连续形成的固化层。
[0095]
如果固化层变得薄于则其中杂质已从薄膜逸出的部分无法被充分填充，且因此难以有效地移除缺陷。另外，金属元素(m)的悬空键及因此不必要的吸附位点无法被充分移除。另一方面，如果固化层超过则第二气体的元素(例如氧(o))在整个薄膜及
固化层中变得过量，薄膜的电特性(例如电阻率、电导率等)可能会劣化。
[0096]
举例来说，薄膜可为包含碳(c)作为杂质的氧化锌(zno)膜。当第一气体的氢原子(h)键结到杂质碳原子(c)时，zn-c键被分离，从而形成锌(zn)的悬空键。然后，将第二气体的氧原子(o)键合(或吸附)到锌(zn)的悬空键，以形成氧化锌(层)。在这种情况下，由于氧化锌(层)与氧化锌(zno)膜是同质的，因此薄膜的特性不会劣化，且锌(zn)的悬空键被全部填充，且会防止氧(o)缺乏，使得可改善薄膜的特性和/或质量。
[0097]
另一方面，当薄膜是金属氮化物膜时，使用包含氮(n)的第二气体，且因此，代替氧原子(o)，可将氮原子(n)键合到由m-c键的分离形成的金属元素(m)的悬空键，从而形成金属氮化物(层)。即使在薄膜是金属膜的情况下，氧气(o2)也可用作第二气体，且固化层将非常薄，薄至到此不仅对薄膜的特性(例如，电特性)影响很小，而且还可填充其中杂质已从薄膜逸出的部分以移除缺陷。因此，将薄膜钝化，从而使薄膜稳定且改善薄膜的可靠性。
[0098]
另外，固化层可将薄膜(的表面)钝化，以防止异物粘合到从工艺腔室排放的衬底上的薄膜或薄膜被氧化。
[0099]
接下来，停止第二气体的供应，且将剩余的第二气体从工艺腔室的内部排出(步骤s500)。如果第二气体保留(或停留)在工艺腔室之内，则第二气体的元素可在薄膜的表面上连续地发生反应，使得第二气体的元素(例如氧(o))可在薄膜中变得过量，且固化层可具有高达或大于的厚度。然而，上述问题可通过停止第二气体的供应且将剩余的第二气体从工艺腔室的内部排出以从工艺腔室的内部移除第二气体来解决。另外，通过将剩余的第二气体从工艺腔室的内部排出以移除第二气体，当之后再次实行供应第一气体的步骤(步骤s200)时，可防止第二气体与第一气体发生反应。此外，防止第二气体聚集在薄膜周围，使得第一气体可更好地到达薄膜的表面以及与杂质有效地发生反应。
[0100]
图2是用于阐释根据本发明实施例的第一气体及第二气体的供应及排出的循环的曲线图，且图3是用于阐释根据本发明实施例的在步骤中的每一者中工艺腔室的内部压力的改变的曲线图。
[0101]
参照图2及图3，在供应第一气体的步骤(步骤s200)中，工艺腔室的内部处于0.1托到20托的第一压力下，且在排出结合产物的步骤(步骤s300)中，工艺腔室的内部被减压到低于第一压力的0.1毫托到20毫托的第二压力。第二压力可明显低于第一压力，约为第一压力的1/1,000。也就是说，在排出结合产物的步骤(步骤s300)中，工艺腔室的内部压力降低到供应第一气体的步骤(步骤s200)中的压力的约1/1,000，且它可显著低于供应第一气体的工艺(步骤s200)中的压力。因此，可从工艺腔室的内部有效地排出结合产物，可从薄膜有效地移除杂质，且因此可改善薄膜的特性(例如电阻率)。
[0102]
如果第一压力小于0.1托，则第一气体可能无法与杂质充分地发生反应，或者第一气体的元素可能没有足够的能量与杂质结合，且与第二压力的差可能减小，使得难以从工艺腔室的内部有效地排出结合产物。相反，如果第一压力大于20托，则气流(或空气压力)可能从外部形成到薄膜中，使得难以从薄膜的表面分离杂质(将杂质从薄膜排放到外部)，且杂质可能不容易从薄膜的内部迁移到薄膜的表面。
[0103]
如果第二压力小于0.1毫托，则可能会对工艺腔室施加过大的力(或压力或气压)，且可能需要很长时间才能恢复到第一压力。相反，如果第二压力大于20毫托，则与第一压力
的差可能减小，使得难以从工艺腔室的内部有效地排出结合产物。
[0104]
作为实例，尽管第一压力被限制在0.1托到20托的范围内，且第二压力被限制在0.1毫托到20毫托的范围内，但可看出，第一压力与第二压力之间的差约为第一压力及第二压力的范围内的压力差的1,000倍。也就是说，压力差约为1000倍，此足以使得结合产物能够被有效地排出。
[0105]
将薄膜固化的步骤(步骤s400)可在第一压力下实行，且排出剩余的第二气体的步骤(步骤s500)可在第二压力下实行，但不特别限于此。
[0106]
供应第一气体的步骤(步骤s200)可被实行达第一时间(段)，且排出结合产物的步骤(步骤s300)可被实行达比第一时间短的第二时间(段)。也就是说，工艺腔室的内部压力可从供应第一气体的步骤(步骤s200)中的(第一)压力快速降低到排出结合产物的步骤(步骤s300)中的压力。在这种情况下，工艺腔室的内部压力可快速降低到供应第一气体的步骤(步骤s200)中的压力的约1/1,000。因此，可更好地从工艺腔室的内部排出结合产物。此处，第一时间可为4秒到20秒且第二时间可为2秒到10秒。第二时间段可为第一时间段的约一半，但不限于此；如果第二时间段比第一时间段短便足够。
[0107]
当在薄膜中形成图案以在薄膜中形成具有大的纵横比的沟槽时，难以从沟槽深处的薄膜的表面(或被暴露出的表面)移除杂质。然而，根据本发明，可通过将工艺腔室的内部压力从0.1托到20托的第一压力快速降低到0.1毫托到20毫托的第二压力来排出结合产物，且可从薄膜的表面甚至沟槽深处有效地移除杂质。
[0108]
将薄膜固化的步骤(步骤s400)可被实行达所述第一时间，且排出剩余的第二气体的步骤(步骤s500)可被实行达所述第二时间，但不特别限于此。
[0109]
传统上，已在高于400℃的温度下使用热量对薄膜进行处理，以将能量传送给杂质，用于从薄膜的表面分离(排放)且从薄膜移除杂质。在这种情况下，施加到衬底和/或薄膜的热负荷或热历史可能是一个问题。具体来说，由于最近高度集成半导体器件，因此半导体制造工艺要求更有限的热历史，且移除杂质的工艺也要求在400℃或小于400℃的低温下实行。因此，通过高温热处理移除杂质的传统方法在其使用中有局限性。为了解决此问题，试图在2个大气压或高于2个大气压(或202,650pa或高于202,650pa)的高压下进行热处理，从而可降低热处理温度，但此种方法具有例如由于高压而增加气体泄漏的风险的问题，且因此要求单独的器件。
[0110]
根据本发明，移除杂质的工艺可在20托或小于20托的低压及400℃或小于400℃的低温下实行，且因此可解决例如热负荷或热历史、由于高压导致的气体泄漏的风险、以及对单独器件的需要等问题。因此，即使在20托或小于20托的低压及400℃或小于400℃的低温下也可从薄膜有效地移除杂质，且即使在薄膜由于图案而具有带有大的纵横比的沟槽的情况下，也可从薄膜的表面甚至沟槽深处有效地移除杂质。
[0111]
举例来说，移除杂质的步骤可在100℃到400℃的(工艺)温度下实行，且至少供应第一气体的步骤(步骤s200)可在100℃到400℃的温度下实行。此处，100℃到400℃的温度可为工艺腔室之内的温度或衬底的温度。如果供应第一气体的步骤(步骤s200)中的温度低于100℃，则不能充分地将用于从薄膜的表面分离杂质的能量传送到杂质，使得难以有效地移除杂质。相反，如果供应第一气体的步骤(步骤s200)中的温度高于400℃，则施加到衬底和/或薄膜的热负荷和/或热历史可能成为问题。
[0112]
为了向杂质传送足够的能量以将杂质从薄膜排放到外部(或从薄膜的表面分离杂质)，可在100℃或高于100℃的温度下实行供应第一气体的步骤(步骤s200)。在这种情况下，使用足够的能量，可容易地将杂质从薄膜排放到外部，且可将杂质结合到第一气体的元素(或者与第一气体的元素结合且容易地从薄膜的表面分离)，使得可更有效地移除杂质。另外，当供应第一气体的步骤(步骤s200)在100℃或高于100℃的温度下实行时，第一气体被激活，且第一气体的元素被有效地结合到杂质，使得可更有效地移除杂质。
[0113]
即使在低于100℃下也可从薄膜的表面有效地移除杂质，但杂质可保留在薄膜中。因此，通过利用100℃或高于100℃的温度为杂质从薄膜迁移到薄膜的表面提供能量(即热能)，可有效地(或完全地)移除薄膜中的杂质。即使当薄膜具有带有大的纵横比的沟槽时，也可在100℃或高于100℃的温度下更有效地在甚至沟槽深处移除杂质。
[0114]
除了供应第一气体的步骤(步骤s200)之外，排出结合产物的步骤(步骤s300)、将薄膜固化的步骤(步骤s400)及排出剩余的第二气体的步骤(步骤s500)也可在100℃到400℃的温度下实行。如果将薄膜固化的步骤(步骤s400)是在400℃或高于400℃的温度下实行，则第二气体的元素(例如氧(o))可在薄膜中变得过量，且固化层可具有高达或大于的厚度。
[0115]
可将供应第一气体的步骤(步骤s200)、排出结合产物的步骤(步骤s300)、将薄膜固化的步骤(步骤s400)及排出剩余的第二气体的步骤(步骤s500)重复多次。此处，可依序地重复供应第一气体的步骤(步骤s200)、排出结合产物的步骤(步骤s300)、将薄膜固化的步骤(步骤s400)及排出剩余的第二气体的步骤(步骤s500)，否则可重复供应第一气体的步骤(步骤s200)及排出结合产物的步骤(步骤s300)，且随后可重复将薄膜固化的步骤(步骤s400)及排出剩余的第二气体的步骤(步骤s500)。没有特别限制，只要供应第一气体的步骤(步骤s200)、排出结合产物的步骤(步骤s300)、将薄膜固化的步骤(步骤s400)及排出剩余的第二气体的步骤(步骤s500)中的每一者被实行多次即可。
[0116]
通过重复供应第一气体的步骤(步骤s200)、排出结合产物的步骤(步骤s300)、将薄膜固化的步骤(步骤s400)及排出剩余的第二气体的步骤(步骤s500)，可重复多次第一气体及第二气体的供应及排出，从而将移除杂质的效率最大化。
[0117]
当薄膜具有带有大的纵横比的沟槽时，在供应第一气体之后经过的时间处，沟槽被结合产物填充，且第一气体可不再进入(或被阻挡)。因此，可能不能很好地从沟槽的内壁(即沟槽内的薄膜的表面)移除杂质，且一些杂质可能保留在沟槽的内壁上。通过多次重复至少供应第一气体的步骤(步骤s200)及排出结合产物的步骤(步骤s300)，可移除填充在沟槽中的结合产物，且可将第一气体引入沟槽中。因此，即使在沟槽深处，也可更好地从沟槽的内壁移除杂质，且可防止杂质保留在沟槽的内壁上。排出结合产物的步骤(步骤s300)中的工艺腔室的内部压力可迅速降低到供应第一气体的步骤(步骤s200)中的压力的约1/1,000。此使得能够更有效地移除沟槽内的结合产物。
[0118]
另一方面，当供应第一气体的步骤(步骤s200)、排出结合产物的步骤(步骤s300)、将薄膜固化的步骤(步骤s400)及排出剩余的第二气体的步骤(步骤s500)被重复多次时，通过第二气体在薄膜的表面上形成固化层，且然后再次实行供应第一气体的步骤(步骤s200)，可抑制或防止第一气体与薄膜中除杂质之外的元素(例如金属元素、氧或氮)之间的任何反应，且还可防止由于薄膜的损耗或损坏而导致的缺陷。
[0119]
举例来说，当薄膜是金属氧化物膜，杂质是碳(c)，且第一气体是氢气(h2)时，再次实行供应第一气体的步骤(步骤s200)，而杂质(即碳)的量减少，且因此除了杂质之外，第一气体的氢原子(h)也与金属氧化物膜的氧原子(o)发生反应，使得氧原子(o)可从薄膜分离。因此，氧(o)可能在金属氧化物膜中耗尽，此会使薄膜的质量及特性劣化。然而，当通过包含氧原子(o)的第二气体在薄膜的表面上形成固化层时，第一气体的氢原子(h)可能与固化层的氧原子(o)发生反应。另外，可使用固化层的氧原子(o)补充从薄膜分离的氧原子(o)。因此，可防止薄膜中氧(o)的缺乏，且可改善薄膜的质量及特性。
[0120]
图4是示出根据本发明另一实施例的衬底处理设备的示意性剖视图。
[0121]
在下文中，将参照图4详细阐述根据本发明另一实施例的衬底处理设备，但将省略与以上关于根据本发明实施例的移除薄膜中的杂质的方法所阐述的事项重叠的事项。
[0122]
根据另一实施例，衬底处理设备100包括：工艺腔室110，上面形成有薄膜的衬底10在工艺腔室110中被装载及卸载；第一气体供应单元120，被配置成将第一气体供应到工艺腔室110中，第一气体与薄膜中所包含的杂质反应以及结合；第二气体供应单元130，被配置成将第二气体供应到工艺腔室110中，第二气体不同于第一气体；加热器单元140，设置在工艺腔室110之外，以向工艺腔室110的内部提供热能；排气单元150，被配置成对工艺腔室110的内部进行排气；以及控制单元160，被配置成控制第一气体供应单元120、第二气体供应单元130及排气单元150，从而供应第一气体以通过杂质与第一气体的反应生成结合产物，且然后排出结合产物，且供应第二气体以将薄膜固化。
[0123]
上面形成有薄膜的衬底10可在工艺腔室110中被装载及卸载。工艺腔室110可为逐个处理衬底的单晶片类型，或者是通过将多个衬底10以多层装载在衬底舟170上来同时处理所述多个衬底10的批量类型。
[0124]
当工艺腔室110是批量类型时，根据本发明的衬底处理设备100可还包括衬底舟170，衬底10以多层装载在衬底舟170上，且工艺腔室110可具有其中接纳衬底舟170的内部空间。
[0125]
衬底舟170可具有形成在多个杆171中的多层式狭槽，使得衬底10可插入且装载在衬底舟170中。另外，衬底舟170可具有结合到所述多个杆171的多层式隔离板(未示出)。这些隔离板(未示出)可设置在衬底10上方或下方，使得每一衬底10可具有单独的处理空间。可在工艺期间使衬底舟170旋转。作为衬底舟170(例如，杆171及隔离板(未示出))的材料，可使用陶瓷、石英、合成石英等；衬底舟不限于此，而是可采用各种结构、形状及材料。
[0126]
工艺腔室110可具有其中接纳衬底舟170的内部空间(即，工艺空间)，且可提供对衬底10上所形成的薄膜实行杂质移除工艺的空间。举例来说，工艺腔室110可为接纳衬底舟170的工艺管(或反应管)，且可将装载腔室115设置成在工艺腔室110下面与工艺腔室110连通。可通过传送机器人等从装载腔室115将衬底10以多层装载在衬底舟170上。工艺管可具有单个管或多个管，只要所述工艺管可提供其中可接纳衬底舟170的内部空间(工艺空间)即可。工艺管可由外管111及内管112构成，且凸缘部116可结合到内管112的下部部分以支撑内管112；内管112不限于此，而是可采用各种结构及形状。
[0127]
在使用衬底舟170的此种批量类型程序中，可同时处理多个衬底10，从而增加每次的衬底10的通量。
[0128]
第一气体供应单元120可供应第一气体，第一气体在工艺腔室110之内与薄膜中所
包含的杂质发生反应以及结合，且第一气体可与薄膜中所包含的杂质发生反应以及结合以生成结合产物。
[0129]
第二气体供应单元130可在工艺腔室110之内供应不同于第一气体的第二气体，且第二气体可将薄膜固化，杂质中的至少一些杂质从薄膜被移除。
[0130]
第一气体供应单元120及第二气体供应单元130可设置在内管112的一个侧上。第一气体供应单元120及第二气体供应单元130可通过多个不同的注射喷嘴分别在工艺腔室110之内供应第一气体及第二气体。否则，第一气体与第二气体可暂时分离且通过一个注射喷嘴供应。当使用一个注射喷嘴时，可通过吹扫气体供应单元(未示出)将吹扫气体供应到注射喷嘴。举例来说，可在第一气体的供应与第二气体的供应之间将吹扫气体供应到注射喷嘴，且可在注射喷嘴内吹扫第一气体的剩余气体或第二气体的剩余气体。吹扫气体可包括氮气(n2)或任何惰性气体，例如氩(ar)、氦(he)、氖(ne)等。
[0131]
加热器单元140可设置在工艺腔室110之外，且可在工艺腔室110之内提供热能。举例来说，加热器单元140可在内管112之外在垂直方向上延伸，以加热内管112。加热器单元140可被设置成环绕内管112或外管111的侧部部分及上部部分，或者可设置在覆盖外管111的外部盖体50的内壁上。加热器单元140可调节工艺腔室110之内的温度。可将工艺腔室110之内的温度调节到100℃到400℃。
[0132]
排气单元150可将工艺腔室110的内部排空，调节工艺腔室110的内部压力，且排空第一气体与杂质之间的结合产物以及第一气体的剩余气体及第二气体的剩余气体。排气单元150可设置在内管112的与内管112的一个侧相对的另一侧上，且内管112中的结合产物及剩余气体可被排出(移除)。此处，当第一气体供应单元120及第二气体供应单元130被定位成面对(或对称于)排气单元150时，可在衬底10上形成层流(laminar flow)。
[0133]
控制单元160可控制第一气体供应单元、第二气体供应单元及排气单元，从而供应第一气体以通过杂质与第一气体的反应生成结合产物，且然后排出结合产物，且供应第二气体以将薄膜固化。另外，控制单元160可控制第一气体供应单元120、第二气体供应单元130及排气单元150，以调节第一气体的供应及第二气体的供应以及工艺腔室的内部压力，使得可从薄膜移除杂质。
[0134]
举例来说，控制单元160可控制第一气体供应单元120实行第一工艺(在第一工艺中，第一气体被供应且与杂质发生反应)，且控制排气单元150实行第二工艺(在第二工艺中，工艺腔室的内部被减压以排出杂质与第一气体之间的结合产物)。另外，控制单元160可控制第二气体供应单元130实行第三工艺(在第三工艺中，第二气体被供应以将薄膜固化)，且控制排气单元150实行第四工艺(在第四工艺中，剩余的第二气体从工艺腔室110的内部被排出)。在第一工艺期间，第一气体被供应且与杂质发生反应以生成杂质与第一气体的结合产物，且在第二工艺期间，工艺腔室110的内部被减压以排出结合产物。因此，可从薄膜有效地移除杂质。
[0135]
在第三工艺期间，第二气体被供应以将薄膜固化，且在第四工艺期间，剩余的第二气体从工艺腔室110的内部被排出。因此，可使用第二气体的元素填充其中杂质已从薄膜逸出的部分以移除缺陷，从而改善薄膜的质量及可靠性。
[0136]
控制单元160可在工艺腔室110之内在0.1托到20托的第一压力下供应第一气体(在第一工艺期间)，且通过在低于第一压力的0.1毫托到20毫托的第二压力下(在第二工艺
期间)对工艺腔室110的内部进行减压来排出结合产物。
[0137]
可通过将工艺腔室的内部压力从0.1托到20托的第一压力快速降低到0.1毫托到20毫托的第二压力来排出结合产物，且可从薄膜的表面甚至沟槽深处有效地移除杂质。
[0138]
举例来说，排气单元150可包括：排气端口151，设置在工艺腔室110的一个侧处；排气管道152，连接到排气端口151；以及真空泵153，连接到排气管道152。排气端口151可与排气导管(duct)的下部部分连通，且因此将废气从与排气导管连通的排气端口151引入且通过排气端口151传送到排气管道152以排放到外部。
[0139]
排气管道152可连接到排气端口151，以在排气端口151与真空泵153之间提供排气路径。
[0140]
真空泵153可连接到排气管道152，以提供用于排放废气(即，结合产物及第一气体和/或第二气体的剩余气体)的排气压力且在真空状态下将工艺腔室110的内部排空。
[0141]
此处，在真空泵153运行的条件下，可基于由压力传感器(未示出)检测到的压力信息来调节自动压力控制器(auto pressure controller，apc)阀(未示出)的打开及关闭程度，从而调节工艺腔室110的内部压力。
[0142]
排气管道152可具有50mm到200mm的内径(或100a或大于100a的大小)及200a或大于200a的大小，a是表示面积的单位，1a为100平方厘米(cm2)。因此，排气单元150的排气性能可得到改善，且工艺腔室110的内部压力可从0.1托到20托的第一压力快速降低到0.1毫托到20毫托的第二压力。真空泵153的最大排气速率可为50kl/s到200kl/s。在使用具有小于50kl/s的最大排气速率的真空泵的一般衬底处理设备中，工艺腔室110的内部压力无法降低到0.1毫托到20毫托的压力。然而，根据本发明，使用具有50kl/s到200kl/s的最大排气速率的真空泵153的衬底处理设备100，工艺腔室110的内部压力可降低到0.1毫托到20毫托的压力。
[0143]
杂质可包含碳，第一气体可包含氢(h)。当使用金属前体化合物(例如，有机金属化合物)来沉积薄膜时，金属元素与碳配体之间的键合不会被有效地破坏，使得金属元素或金属元素的氧化物或氮化物可与键合的一些碳原子(c)一起沉积。因此，碳包含在薄膜中且作为杂质，此可能会增加薄膜的电阻率和/或介电常数。因此，必须从薄膜移除杂质碳。可通过使碳与包含氢的第一气体发生反应而从薄膜移除杂质(碳)。
[0144]
薄膜可包含金属元素(m)，且第二气体可包含氧(o)。由于薄膜可包含金属元素(m)，因此当杂质与第一气体的元素结合时，金属元素(m)与杂质之间的键被分离，且金属元素(m)将具有悬空键(非键合位点)。同时，第二气体可包含氧(o)，且氧原子(o)键合到金属元素(m)的悬空键，以被吸附到薄膜的表面，从而形成固化层。
[0145]
另外，控制单元160可控制加热器单元140将工艺腔室110之内的温度调节到100℃到400℃的温度。也就是说，杂质移除工艺可在100℃到400℃的温度下实行，且通过控制加热器单元140(在第一工艺期间)供应第一气体，至少工艺腔室110的内部可被调节到100℃到400℃的温度。根据本发明的衬底处理设备100即使在400℃或小于400℃的低温下也可通过大的压力差及快速减压来实行杂质移除工艺，且因此可解决例如热负荷或热历史等问题。也就是说，即使在400℃或小于400℃的低温下，也可从薄膜有效地移除杂质，且即使在薄膜由于图案而具有带有大的纵横比的沟槽的情况下，也可从薄膜的表面甚至沟槽深处有效地移除杂质。
[0146]
控制单元160可多次重复实行第一气体的供应、结合产物的排出及第二气体的供应。举例来说，控制单元160可以此次序重复多次实行第一工艺、第二工艺、第三工艺及第四工艺。通过重复第一气体的供应、结合产物的排出及第二气体的供应，可将移除杂质的效率最大化，且也可将移除速率最大化。
[0147]
通过多次重复第一气体的供应及结合产物的排出，可移除填充在沟槽中的结合产物，且可将第一气体引入沟槽中。因此，即使在沟槽深处，也可更好地从沟槽的内壁移除杂质，且可防止杂质保留在沟槽的内壁上。
[0148]
根据本发明，衬底处理设备100可还包括连接到衬底舟170的下端以支撑衬底舟170的基座175。基座175连接到衬底舟170的下端以支撑衬底舟170。基座175也可与衬底舟170一起上升及下降，且可容置在工艺期间接纳内管112的空间中。基座175可包括彼此间隔开且以多层排列的多个阻热板(heat barrier plate)175a。所述多个阻热板175a可连接到多个支撑件175b，且所述多个阻热板175a可以多层设置且彼此间隔开。所述多个阻热板175a可包括用于防止垂直方向上的热传送的挡板(baffle plate)，且可由具有低的热传送速率的材料(例如，不透明石英)形成。
[0149]
另外，基座175可还包括：所述多个支撑件175b，所述多个支撑件175b在垂直方向上延伸且彼此间隔开；上部板175c及下部板175d，所述多个支撑件175b的上端及下端固定到上部板175c及下部板175d；以及侧盖体175e，环绕所述多个阻热板175a的侧(或基座的侧)。所述多个支撑件175b可在垂直方向上延伸，且被设置成在水平方向上彼此间隔开。所述多个支撑件175b也可支撑所述多个阻热板175a。
[0150]
上部板175c可固定所述多个支撑件175b的上端且可连接到衬底舟170。下部板175d可固定所述多个支撑件175b的下端且可连接到轴181。所述多个支撑件175b、上部板175c及下部板175d可形成基座175的骨架(或框架)。
[0151]
侧盖体175e可被形成为环绕所述多个阻热板175a的侧(或基座的侧)，且可连接到上部板175c和/或下部板175d以固定上部板175c和/或下部板175d。
[0152]
根据本发明，衬底处理设备100可还包括：轴181，连接到基座175的下部板175d；提升驱动单元182，连接到轴181的下端以上下移动轴181；旋转驱动单元183，连接到轴181的下端以使轴181旋转；支撑板184，连接到轴181的上端且被配置成与衬底舟170一起上升及下降；密封构件184a，设置在内管112或外管111与支撑板184之间；轴承构件184b，设置在支撑板184与轴181之间；以及插入孔洞185，衬底10通过插入孔洞185被装载到装载腔室115中。
[0153]
轴181可连接到基座175的下部板175d，以支撑基座175和/或衬底舟170。
[0154]
提升驱动单元182可连接到轴181的下端，以上下移动轴181，从而使衬底舟170上升及下降。
[0155]
旋转驱动单元183可连接到轴181的下端，以使衬底舟170旋转。旋转驱动单元183还可使轴181旋转，且因此使衬底舟170围绕轴181旋转。
[0156]
支撑板184可连接到轴181的上端，以与衬底舟170一起上升及下降。当衬底舟170容置在其中接纳内管112的空间中时，它还可起到从外部密封接纳内管112的空间和/或外管111的内部空间的作用。
[0157]
密封构件184a可设置在支撑板184与内管112之间和/或支撑板184与外管111之
间，以密封接纳内管112的空间和/或外管111的内部空间。
[0158]
轴承构件184b可设置在支撑板184与轴181之间，以使由轴承构件184b支撑的轴181旋转。
[0159]
插入孔洞185可设置在装载腔室115的一个侧上，且衬底10可通过插入孔洞185从传送腔室200装载到装载腔室115中。入口端口210可形成在传送腔室200的与装载腔室115的插入孔洞185对应的一个侧上，且闸阀250可设置在入口端口210与插入孔洞185之间。因此，传送腔室200的内部可通过闸阀250与装载腔室115的内部分开，且入口端口210及插入孔洞185可通过闸阀250打开及关闭。
[0160]
如上所述，本发明可通过使薄膜中所包含的杂质与第一气体发生反应以生成杂质与第一气体的结合产物且快速对工艺腔室的内部进行减压以排出结合产物而从薄膜有效地移除杂质，且因此可改善薄膜特性(例如电阻率)。此外，通过在从0.1托到20托的第一压力到0.1毫托到20毫托的第二压力的快速减小的压力下排出结合产物，当薄膜由于图案而具有带有大的(或深的)纵横比的沟槽时，可在400℃或小于400℃的低温下从薄膜的表面甚至沟槽深处有效地移除杂质。
[0161]
另外，当在其中杂质已从薄膜逸出的部分(或位点)中产生例如空位等缺陷时，可供应不同于第一气体的第二气体，且可通过第二气体的元素移除缺陷以将薄膜固化，从而改善薄膜的可靠性。
[0162]
此外，通过多次重复第一气体的供应及排出以及第二气体的供应及排出，可将杂质的移除速率最大化。
[0163]
另外，通过利用第二气体在薄膜的表面上形成固化层，固化层可抑制或防止第一气体与薄膜中除杂质之外的元素之间的任何反应。此外，薄膜表面上所形成的固化层可防止异物粘合到从工艺腔室卸载的衬底上的薄膜，或者防止薄膜被氧化。
[0164]
如上所述，尽管已示出及阐述本发明的优选实施例，但本发明不限于上述实施例，且应理解，本发明所属领域的技术人员可在不背离权利要求中陈述的本发明的范围的条件下对本发明具有各种修改及等效物。因此，本发明的技术保护范围应仅由以上权利要求来限制。