基板处理方法和装置与流程

本发明涉及一种基板处理方法及装置。更具体地，涉及一种通过使用被加热至预定温度的含氢气体来在干洗期间去除残留在基板表面的氟，从而与现有技术相比能够显著提高去除效率和生产率的基板处理方法和装置。

背景技术：

氧化硅和氮化硅是通常用于半导体器件中的电介质化合物材料，并且通常使用湿法蚀刻和干法蚀刻法作为蚀刻含有电介质化合物材料的薄膜的方法。

然而，随着半导体器件电路变得越来越集成和高度小型化，现有的湿法蚀刻存在的问题在于难以去除以高纵横比图案存在的天然氧化膜，并且也难以控制原子级精细蚀刻的选择比。

此外，干法蚀刻的问题在于，由于离子入射在晶片表面上的离子轰击而在蚀刻之后在晶片表面上产生损伤层，因此需要用于去除损伤层的后续工艺。

最近，作为解决这些问题的替代技术，已经引入了干洗技术，其将氧化硅或氮化硅转化为六氟硅酸铵((nh4)2sif6)固体层，并且加热并去除该六氟硅酸铵固体层。

然而，用于蚀刻掉天然氧化膜的现有干洗方法存在的问题在于，与使用稀氢氟酸(dhf)或缓冲氢氟酸(bhf)的湿法蚀刻相似，由于过量的氟反应而残留在基板表面上的残留氟会影响产量。

图1是示出用于去除干洗之后残留在基板表面上的氟的现有技术的图。

首先，韩国专利公开第10-2009-0071368号中公开的技术是通过在氢气气氛中加热基板来去除残留氟的方法，由于需要与氟原子反应的氢原子以低反应性的气态存在，因此氟的去除率低，并且由于需要将基板加热至高温，因此难以实现原位(in-situ)工艺。

此外，韩国专利公开第10-0784661号中公开的技术是使用氢等离子体去除残留氟的方法，并且具有的优点在于，残留氟的去除率由于高反应性氢自由基而增加，但是具有的问题在于需要用于产生等离子体的单独的腔室并且基板表面可能会被等离子体损坏。

[现有技术文献]

[专利文件]

(专利文件0001)韩国专利公开第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，标题：“半导体器件的制造方法”)

技术实现要素：

技术问题

本发明提供了一种基板处理方法和装置，其能够通过使用被加热到预定温度的含氢气体在干洗期间去除残留在基板表面上的氟来显著提高氟去除效率和生产率。

此外，本发明还提供了一种基板处理方法和装置，其能够稳定地执行在一个腔室中重复地产生和去除六氟硅酸铵的原位工艺，并且能够提高生产率和硬件稳定性。

问题的解决方案

为了解决上述技术问题，本发明涉及一种基板处理方法，用于去除形成在硅基板上的氧化硅或氮化硅，所述基板处理方法包括：反应产物生成步骤，通过将与氧化硅或氮化硅反应的反应气体供应到以布置在腔室内的状态被加热的硅基板，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)；反应产物去除步骤，通过将未经等离子体处理的惰性气体供应到产生六氟硅酸铵的硅基板上，去除六氟硅酸铵；以及残留物去除步骤，通过将经加热而转变为激发态的含氢气体喷射到去除了六氟硅酸铵的硅基板上，去除残留在硅基板的表面上的含氟(f)残留物。

在根据本发明的基板处理方法中，所述含氢气体至少包含h2、nh3或h2o。

在根据本发明的基板处理方法中，所述反应产物生成步骤包括，将硅基板布置于腔室内的加热卡盘中；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，将所述第一反应气体供应到硅基板；以及在未对至少包含h2、nh3或h2o的第二反应气体进行等离子体处理的情况下，将第二反应气体供应到硅基板。

根据本发明的基板处理方法还包括：在反应产物生成步骤之后和反应产物去除步骤之前，通过将经加热而转变为激发态的含氢气体供应到腔室内，去除吸附在设置在腔室内的射频(rf)电极和喷头上的氟。

在根据本发明的基板处理方法中，所述含氢气体的加热温度为100℃至1000℃。

在根据本发明的基板处理方法中，所述含氢气体的加热温度为200℃至900℃。

在根据本发明的基板处理方法中，设置在腔室内并且布置有硅基板的卡盘的加热温度为80℃至100℃。

在根据本发明的基板处理方法中，设置在腔室内的用于喷射含氢气体的喷头的加热温度为100℃至200℃。

在根据本发明的基板处理方法中，所述腔室内的侧壁的加热温度为80℃至100℃。

本发明涉及一种用于去除形成在硅基板上的氧化硅或氮化硅的基板处理装置，所述基板处理装置包括：卡盘，该卡盘设置在腔室中，作为处理对象的硅基板被布置在卡盘上；卡盘加热单元，该卡盘加热单元用于加热卡盘；rf电极，该rf电极施加有用于产生等离子体的rf电源，并且具有第一气体供应通道；喷头，该喷头在连接到rf电源的接地端的状态下与rf电极间隔开，等离子体生成区域介于该喷头与该rf电极之间，该喷头具有第二气体供应通道和与该第二气体供应通道物理上分离的第三气体供应通道；以及气体加热单元，该气体加热单元用于加热被供应至喷头的气体，其中，对应于由卡盘加热单元加热的卡盘的加热温度而对硅基板进行加热，在由rf电源对已通过第一气体供应通道的至少包含nf3的第一反应气体进行等离子体处理的情况下，将该第一反应气体经由第二气体供应通道供应到硅基板，并且在未对至少包括h2、nh3或h2o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道供应到硅基板，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)；通过将已通过第一气体供应通道并且未经等离子体处理的惰性气体经由第二气体供应通道供应到所述硅基板来去除六氟硅酸铵；并且通过将由气体加热单元加热而转变为激发态的含氢气体经由所述第三气体供应通道喷射到硅基板上来去除残留在硅基板的表面上的含氟残留物。

在根据本发明的基板处理方法中，在去除六氟硅酸铵之前，通过第三气体供应通道供应由气体加热单元加热而转变为激发态的含氢气体，以去除吸附在rf电极和喷头上的氟。

在根据本发明的基板处理方法中，所述含氢气体至少包含h2、nh3或h2o

在根据本发明的基板处理方法中，所述含氢气体的加热温度为100℃至1000℃。

在根据本发明的基板处理方法中，所述含氢气体的加热温度为200℃至900℃。

在根据本发明的基板处理方法中，卡盘的加热温度为80℃至100℃。

发明的有益效果

根据本发明，可以提供一种基板处理方法和装置，其能够通过使用加热至预定温度的含氢气体在干洗期间去除残留在基板的表面上的氟来显著提高氟去除效率和生产率。

此外，还能够提供一种基板处理方法和装置，其能够稳定地执行在一个腔室中重复地产生和去除六氟硅酸铵的原位工艺，并且能够提高生产率和硬件稳定性。

附图说明

图1是示出现有基板处理方法的图。

图2是示出根据本发明的基板处理方法和装置的基本原理的图。

图3是示出根据本发明的第一实施例的基板处理方法的图。

图4是示出根据本发明的第二实施例的基板处理方法的图。

图5是示出根据本发明实施例的基板处理装置的图。

具体实施方式

仅出于描述根据本发明构思的实施例的目的而示出了根据本说明书中公开的本发明构思的实施例的具体结构或功能描述，并且根据本发明构思的实施例可以以各种形式实现并且不限于本文中描述的实施例。

由于根据本发明构思的实施例可以以各种方式改变并且可以具有各种形式，因此在附图中示出了实施例并且在本说明书中对其进行了详细描述。然而，并不旨在将根据本发明构思的实施例限制为所公开的特定形式，实施例将覆盖落入本发明范围内的所有修改、等同形式和替代形式。

诸如“第一”或“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。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开，例如，在不脱离本发明构思的范围的情况下，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。

当提到某个元件“联接到”或“连接到”另一元件时，应理解该元件可以直接联接或连接到另一元件，或者在它们之间存在其他元件。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，应当以相同的方式来解释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。

本说明书中使用的术语仅是为了解释特定实施例而提出的，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包括复数形式，。应当进一步理解，本说明书中所使用的术语“包括”、“包含”或“具有”等是指定本说明书中记载的特征、数字、步骤、操作、元件、组件或其组合的存在，但是不排除一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、元件、组件或其组合的存在或添加。

除非另有定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本领域技术人员通常理解的相同含义。诸如在常用词典中定义的术语的术语应被解释为具有与本领域中的上下文含义一致的含义，除非在本说明书中明确定义，否则不应以理想或过于形式的含义来解释。

图2是示出根据本发明的基板处理方法和装置的基本原理的图。

如上面参考图1所述，引入了一种干洗(dryclean)技术，用于使形成在基板上的诸如天然氧化膜的电介质与气体或自由基发生反应以生成六氟硅酸铵((nh4)2sif6)，然后加热并去除该六氟硅酸铵。

然而，用于蚀刻天然氧化膜的现有干洗方法具有的问题在于，与使用稀氢氟酸(dhf)或缓冲氢氟酸(bhf)的湿法蚀刻相似，由于过量的氟反应而残留在基板表面上的残留氟会影响产量。

根据本发明，为了有效地去除在干洗之后可能产生的残留氟，将诸如h2，nh3和h2o之类的含氢气体加热到一定温度以上并且喷射到基板上。由于被加热到一定温度以上的含氢气体被激发成高反应性状态，因此可以在不对基板表面造成等离子体损伤的情况下提高氟去除速度，并且还可以实现不需要单独的腔室元件的原位工艺，从而有助于提高生产率和产量。

下面将进一步参考图3至图5详细描述本发明的优选实施例。

图3是示出根据本发明的第一实施例的基板处理方法的图，并且图5是示出用于执行根据本发明的第一实施例的基板处理方法的基板处理装置的示例性配置的图。

参照图3和图5，根据本发明的第一实施例的基板处理方法是去除形成在硅基板40上的氧化硅或氮化硅的方法，并且包括反应产物生成步骤s100、反应产物去除步骤s300和残留物去除步骤s400。

在反应产物生成步骤s100中，通过将与氧化硅或氮化硅反应的反应气体供应到以设置在腔室10内的状态被加热的硅基板40而引起反应，以执行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，在执行反应产物生成步骤s100之后，已存在于硅基板40表面上的全部或部分的氧化硅或氮化硅被六氟硅酸铵固体层代替。

例如，反应产物生成步骤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布置在腔室10内部的加热卡盘20上的过程。例如，可以通过未示出的输送装置将硅基板40输送到腔室10内的卡盘20并布置在其上，并且可以通过卡盘加热单元30将卡盘20加热到80℃至100℃的温度范围。由于硅基板40被布置为与卡盘20接触，因此硅基板40被加热到与卡盘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，第一反应气体可至少包含nf3，更具体地包含nf3、he、ar，n2和o2。例如，这种第一反应气体可以从腔室10的上端注入到等离子体生成区域中。为此，设置在腔室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道62，该第一气体供应通道62提供第一反应气体的注入通路。

在步骤s130中，执行施加rf电源50以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的阳极可以电连接到rf电极60，并且rf电源50的阴极可以电连接到喷头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被自由基化，然后通过设置在喷头70中的第二气体供应通道72供应到硅基板40。

在步骤s140中，执行将第二反应气体不经等离子体处理直接注入喷头70中并且将注入的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道的第二气体供应通道72之外，设置在等离子体生成区域的下侧的喷头70可以具有第三气体供应通道74，该第三气体供应通道74提供第二反应气体和将在下面描述的含氢气体通过其注入的通道，并且第二气体供应通道72和第三气体供应通道74可以被配置为彼此物理上分离。例如，第二反应气体可以至少包含h2，nh3或h2o，并且更具体地包含h2，nh3和h2o。

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产生六氟硅酸铵作为反应产物的过程。例如，可以将六氟硅酸铵形成为固体层，并且可以用六氟硅酸铵固体层代替已存在于硅基板40的表面上的氧化硅或氮化硅的一部分或全部。

例如，在氧化硅形成在硅基板40上的情况下，使用以下反应式表示通过经等离子体处理供应的第一反应气体中含有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，执行通过将未经等离子体处理的惰性气体供应到在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，由于硅基板40被布置为与加热卡盘20接触，所以硅基板40保持被加热到与卡盘20的加热温度相对应的温度，从而通过汽化去除六氟硅酸铵。

通过汽化去除六氟硅酸铵的过程表示为以下反应式。

(nh4)2sif6(g)＝sif4(g)+2nh3(g)+2hf(g)

在残留物去除步骤s400中，执行通过将经加热而转变成激发态的含氢气体喷射到去除了六氟硅酸铵的硅基板40上来去除残留在硅基板40的表面上的含氟(f)的残留物的过程。例如，可以在通过喷头70将含氢气体注入到腔室10中之前，通过设置在腔室10外部的气体加热单元80对含氢气体进行预加热。

如上所述，根据本发明的实施例，为了有效地去除在干洗之后可能产生的残留氟，将诸如h2、nh3和h2o等的含氢气体加热到一定温度以上并且喷射到硅基板40上。由于被加热到一定温度以上的含氢气体被激发成高反应性的状态，因此与现有技术相比，可以在不对硅基板40的表面造成等离子体损伤的情况下提高氟的去除速度，并且由于不需要用于去除残留氟的单独的腔室10构成，因此可以实现原位工艺，从而有助于提高生产率和产量。

例如，含氢气体可以至少包含h2、nh3或h2o，更具体地包含h2、nh3和h2o。

另外，例如，含氢气体的加热温度范围为100℃至1000℃，更优选为200℃至900℃。当将含氢气体的加热温度被设定为上述温度时，可以将含氢气体的反应性提高至可以有效地去除残留在硅基板40的表面上的氟的水平。

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内部的侧壁的加热温度可以在80℃至100℃的范围内。

图4是示出根据本发明的第二实施例的基板处理方法的图。

与第一实施例相比，第二实施例的特征在于，另外执行步骤s200。以下，为了避免重复说明，以不同点为重点对根据本发明的第二实施例的基板处理方法进行说明。

参照图4和图5，根据本发明第二实施例的基板处理方法还包括：在用于产生六氟硅酸铵的反应产物生成步骤s100之后，并且在用于去除六氟硅酸铵的反应产物去除步骤s300之前，通过将经加热而转变为激发态的含氢气体供应到腔室10内来去除吸附在设置在腔室10中的rf电极60和喷头70上的氟。

根据本发明的第二实施例，在产生六氟硅酸铵之后，在反应产物生成步骤s100中通过在等离子体关闭状态下注入经加热的含氢气体来去除吸附在rf电极60和喷头70上的氟，然后使用含氢气体进行热处理，因此可以在热处理期间可以避免从rf电极60和喷头70散落的氟的影响，并且还具有工艺可再现性方面的优点。

例如，在步骤s200中，含氢气体的加热温度为100℃至1000℃，更优选为200℃至900℃。

图5是示出根据本发明实施例的基板处理装置的图。

参照图5，根据本发明实施例的用于去除形成在硅基板40上的氧化硅或氮化硅的基板处理装置包括腔室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。虽然除了图5中公开的那些元件之外的其他元件可以包含在基板处理装置中，但是应当注意，在图5中省略了与本发明的特征相关性低的元件。此外，根据本发明实施例的基板处理装置是用于执行上述基板处理方法的示例性装置组件，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地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内并布置有作为处理对象的硅基板40的元件。

卡盘加热单元30是用于加热卡盘20的元件。

rf电极60可以布置在腔室10内的上部区域中，用于产生等离子体的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道62。

喷头70在电连接到rf电源50的接地端的状态下与rf电极60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道72和与第二气体供应通道72物理上分离的第三气体供应通道74。由于喷头70通过连接至rf电源50的接地端而接地，因此可以最大程度地抑制注入到硅基板40中的离子成分并且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中的第一反应气体通过等离子体反应而自由基化，然后通过设置在喷头70上的第二气体供应通道72供应到硅基板40。

气体加热单元80是用于加热供给到喷头70的气体的元件。

在根据本发明实施例的基板处理装置的这种配置下，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应通道62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，将该第一反应气体经由第二气体供应通道72供应到硅基板40，在未对至少包含h2、nh3或h2o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给通道74供给到硅基板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，已通过第一气体供应通道62并且未经等离子体处理的惰性气体经由第二气体供应通道72被供应到硅基板40，从而去除六氟硅酸铵。

此外，由气体加热单元80加热而转变为激发态的含氢气体通过第三气体供应通道74喷射到硅基板40上以去除残留在硅基板40表面上的含氟(f)的残留物。

例如，在去除六氟硅酸铵之前，通过第三气体供应通道74供应由气体加热单元80加热而转变为激发态的含氢气体以去除吸附在rf电极60和喷头70上的氟。

如上所述，根据本发明，可以提供一种基板处理方法和装置，其能够通过使用加热到预定温度的含氢气体在干洗期间去除残留在基板表面上的氟来显著提高氟去除效率和生产率。

此外，还提供一种基板处理方法和装置，其能够稳定地执行在一个腔室中重复地产生和去除六氟硅酸铵的原位工艺，并且能够提高生产率和硬件稳定性。

附图标记

10：腔室

20：卡盘

30：卡盘加热单元

40：硅基板

50：rf电源

60：rf电极

62：第一气体供应通道

70：喷头

72：第二气体供应通道

74：第三气体供应通道

80：气体加热单元

s100：反应产物生成步骤

s300：反应产物去除步骤

s400：残留物去除步骤。