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KR20210055786A - 플라즈마 프로세싱 챔버 - Google Patents

플라즈마 프로세싱 챔버 Download PDF

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KR20210055786A
KR20210055786A KR1020217013324A KR20217013324A KR20210055786A KR 20210055786 A KR20210055786 A KR 20210055786A KR 1020217013324 A KR1020217013324 A KR 1020217013324A KR 20217013324 A KR20217013324 A KR 20217013324A KR 20210055786 A KR20210055786 A KR 20210055786A
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KR
South Korea
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substrate
component
providing
vapor
tantalum
Prior art date
Application number
KR1020217013324A
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English (en)
Inventor
린 슈
토마스 알. 스티븐슨
그레이슨 포드
새티쉬 스리니바산
Original Assignee
램 리써치 코포레이션
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Publication date
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Abstract

웨이퍼를 프로세싱하기 위한 플라즈마 프로세싱 챔버의 일부로서 사용하기 위한 컴포넌트가 제공된다. 컴포넌트는 텅스텐, 탄탈룸, 또는 붕소 중 적어도 하나로 도핑된 실리콘 카바이드의 컴포넌트 바디를 포함한다.

Description

플라즈마 프로세싱 챔버
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2018년 10월 5일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 62/742,152 호의 우선권의 이익을 주장하고, 이는 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 인용된다.
본 개시는 웨이퍼를 플라즈마 프로세싱하기 위한 플라즈마 프로세싱 챔버들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 플라즈마 손상에 내성이 있는 컴포넌트를 갖는 플라즈마 프로세싱 챔버들에 관한 것이다.
플라즈마 프로세싱은 반도체 디바이스들을 형성하는데 사용된다. 플라즈마 프로세싱 동안, 플라즈마 프로세싱 챔버의 컴포넌트들은 플라즈마에 의해 부식될 수도 있다.
전술한 바를 달성하기 위해 그리고 본 개시의 목적에 따라, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 플라즈마 프로세싱 챔버의 부품으로서 사용하기 위한 컴포넌트가 제공된다. 컴포넌트는 텅스텐, 탄탈룸, 또는 붕소 중 적어도 하나로 도핑된 실리콘 카바이드의 컴포넌트 바디를 포함한다.
또 다른 현상에서, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치가 제공된다. 프로세싱 챔버가 제공된다. 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 지지부는 프로세싱 챔버 내에 있다. 가스 유입구가 가스를 프로세싱 챔버 내로 제공한다. 프로세싱 챔버 내의 컴포넌트는 텅스텐, 탄탈룸, 또는 붕소 중 적어도 하나로 도핑된 실리콘 카바이드를 포함한다.
또 다른 현상에서, 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 컴포넌트를 형성하기 위한 방법이 제공된다. 컴포넌트는 텅스텐, 탄탈룸, 또는 붕소 중 적어도 하나로 도핑된 실리콘 카바이드로 형성된다.
본 개시의 이들 및 다른 특징들은 본 개시의 상세한 기술 (description) 및 이하의 도면들과 함께 아래에 보다 상세하게 기술될 것이다.
본 개시는 유사한 참조 번호들이 유사한 엘리먼트들을 참조하는 첨부된 도면들의 도면들에, 제한이 아니라 예로서 예시된다.
도 1은 일 실시 예에 따른 플라즈마 프로세싱 챔버의 개략도이다.
도 2는 일 실시 예의 고 레벨 플로우차트이다.
도 3a 내지 도 3e는 일 실시 예에 따라 형성된 부품의 개략적 단면도들이다.
본 개시는 첨부한 도면들에 예시된 바와 같이 개시의 일부 바람직한 실시 예들을 참조하여 이제 상세히 기술될 것이다. 이하의 기술에서, 본 개시의 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 구체적 상세들이 제시된다. 그러나, 본 개시가 이들 구체적인 상세들의 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있다는 것이 당업자들에게 명백할 것이다. 다른 예들에서, 공지된 프로세스 단계들 및/또는 구조체들은 본 개시를 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 상세히 기술되지 않았다.
도 1은 실시 예가 웨이퍼를 프로세싱하기 위해 사용될 수도 있는 플라즈마 프로세싱 반응기의 개략도이다. 하나 이상의 실시 예들에서, 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 가 가스 유입구를 제공하는 가스 분배 플레이트 (106) 및 챔버 벽 (152) 에 의해 인클로징된, 에칭 챔버 (149) 내에 정전 척 (electrostatic chuck; ESC) (108) 을 포함한다. 에칭 챔버 (149) 내에서, 웨이퍼 (103) 가 ESC (108) 위에 위치된다. ESC (108) 는 웨이퍼 지지부이다. 에지 링 (109) 이 ESC (108) 를 둘러싼다. ESC 소스 (148) 가 ESC (108) 에 바이어스를 제공할 수도 있다. 가스 소스 (110) 가 가스 분배 플레이트 (106) 를 통해 에칭 챔버 (149) 에 연결된다. 이 실시 예에서, 가스 소스는 산소-함유 컴포넌트 소스 (114), 불소 함유 컴포넌트 소스 (116), 및 하나 이상의 다른 가스 소스들 (118) 을 포함한다. ESC 온도 제어기 (150) 가 ESC (108) 에 연결된다.
무선 주파수 (Radio Frequency; RF) 소스 (130) 가 하부 전극 및/또는 상부 전극에 RF 전력을 제공한다. 이 실시 예에서, ESC (108) 은 하부 전극이고 가스 분배 플레이트 (106) 는 상부 전극이다. 일 예시적인 실시 예에서, 400 ㎑ (kilohertz), 60 ㎒ (megahertz), 2 ㎒, 13.56 ㎒, 및/또는 27 ㎒ 전력 소스들이 RF 소스 (130) 및 ESC 소스 (148) 를 구성한다. 이 실시 예에서, 상부 전극은 접지된다. 이 실시 예에서, 일 생성기가 주파수 각각에 제공된다. 다른 실시 예들에서, 생성기들은 개별적인 RF 소스들일 수도 있고, 또는 개별적인 RF 생성기들이 상이한 전극들에 연결될 수도 있다. 예를 들어, 상부 전극은 상이한 RF 소스들에 연결된 내측 전극 및 외측 전극을 가질 수도 있다. RF 소스들 및 전극들의 다른 구성들이 다른 실시 예들에서 사용될 수도 있다. 다른 실시 예들에서, 전극은 유도 코일일 수도 있다.
제어기 (135) 가 RF 소스 (130), ESC 소스 (148), 배기 펌프 (120), 및 가스 소스 (110) 에 제어 가능하게 연결된다. 고 플로우 라이너 (104) 는 가스 소스로부터 가스를 한정하고 가스의 제어된 플로우로 하여금 가스 소스 (110) 로부터 배기 펌프 (120) 로 통과하게 하는 슬롯들 (102) 을 갖는, 에칭 챔버 (149) 내의 라이너이다. C-슈라우드는 고 플로우 라이너 (104) 의 예이다.
이 실시 예에서, 에지 링 (109), 가스 분배 플레이트 (106), 및 고 플로우 라이너 (104) 는 원자들 또는 분자들의 수로 0.01 ％ 내지 10 ％의 탄탈룸 (Ta) 으로 도핑된 실리콘 카바이드 (SiC) 로 이루어진다. 다른 실시 예들에서, 도펀트는 텅스텐 (W), 붕소 (B), 또는 Ta 중 하나 이상일 수도 있다. 다른 실시 예들에서, 부품은 W, B, 또는 Ta로 도핑된 SiC로 이루어진다. 다양한 실시 예들에서, 컴포넌트 바디 내의 실리콘 카바이드에 대한 텅스텐, 탄탈룸, 또는 붕소 중 적어도 하나의 비는 원자들 또는 분자들의 수로 0.01 ％ 내지 10 ％이다. 일부 실시 예들에서, 에지 링 (109) 만이 Ta로 도핑된 SiC로 이루어진다.
W, B, 또는 Ta 중 하나 이상으로 도핑된 SiC는 에칭 내성이 있다는 것을 알게 되었다. SiC의 에칭 레이트는 불소 라디칼 및 산소 라디칼 모두를 함유하는 반응성 에칭 플라즈마에서 높다. W, B, 또는 Ta 중 하나 이상으로 도핑된 SiC는 불소 라디칼 및 산소 라디칼 모두를 갖는 플라즈마들에 대해 보다 에칭 내성이 있다는 것을 알게 되었다.
부품을 형성하기 위한 방법에서, 부품은 W, B, 또는 Ta 중 하나 이상으로 도핑된 SiC로 형성된다. 도 2는 화학적 기상 증착 (chemical vapor deposition; CVD) 프로세스를 사용하여 W, B, 또는 Ta 중 하나 이상으로 도핑된 SiC의 일부를 형성하기 위한 방법의 플로우 차트이다. 가열된 기판이 제공된다 (단계 204).
도 3a는 기판 (304) 의 개략적 단면도이다. 이 예에서, 기판 (304) 은 흑연 디스크이다. 기판 (304) 은 1000 ℃ 내지 2000 ℃의 온도로 가열된다 (단계 204). 증기 전구체가 제공된다 (단계 208). 일 예에서, 증기 전구체는 실리콘 테트라 클로라이드 (SiCl4) 및 프로판 (C3H8) 을 포함한다. 증기 도펀트가 제공된다 (단계 212). 이 예에서, 증기 도펀트는 탄탈륨 펜타클로라이드 (TaCl5) 를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 수소 (H2) 가 또한 캐리어 가스로서 제공된다. H2는 염소를 제거하기 위해 염화수소 (HCl) 를 형성하도록 방출된 염소와 반응한다. 이에 더하여, 캐리어 가스는 증기 전구체 및 증기 도펀트의 농도를 조절하도록 사용될 수도 있다. 증기 전구체 및 증기 도펀트는 기판 (304) 의 표면 둘레에 도핑된 SiC 코팅을 형성한다. 도 3b는 기판 (304) 의 표면 상에 도핑된 SiC 코팅 (308) 을 갖는 기판 (304) 의 개략적인 단면도이다.
다른 실시 예들에서, 상이한 증기 도펀트들이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 증기 도펀트들은 탄탈룸 디클로라이드 (TaCl2), 텅스텐 헥사플루오라이드 (WF6), 붕소 트리클로라이드 (BCl3), 디보란 (B2H6), 또는 WClx (여기서 x는 2 이상 6 이하의 정수) 중 적어도 하나일 수도 있다. 다양한 실시 예들에서, 증기 전구체는 실리콘 및 탄소를 포함하는 증기를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 증기 전구체는 트리클로로실란 (HSiCl3) 및 에틸렌 (C2H4) 또는 프로판 (C3H8) 일 수도 있다. 다른 실시 예들에서, 증기 전구체는 메틸트리클로로실란 (CH3SiCl3) 이다. 일부 실시 예들에서, 도핑된 SiC 코팅 (308) 은 B, W, 또는 Ta의 도펀트를 갖는 입방정 형태의 SiC이다. 다른 실시 예들에서, 도펀트는 붕소 카바이드 (BC4), 탄탈룸 카바이드 (TaC), 또는 텅스텐 카바이드 (WC) 와 같은 별도의 상 (phase) 을 형성한다. 별도의 상은 SiC 결정으로 결합된다.
기판 (304) 이 노출된다 (단계 216). 이 예에서, 디스크-형상 기판 (304) 의 에지 상의 도핑된 SiC 코팅 (308) 은 머시닝에 의해 제거된다. 도 3c는 도핑된 SiC 코팅 (308) 의 일부가 머시닝된 후 도핑된 SiC 코팅 (308) 을 갖는 기판 (304) 의 개략적인 단면도이다.
기판 (304) 은 도핑된 SiC 코팅 (308) 으로부터 제거된다 (단계 220). 이 예에서, 기판 (304) 은 가열에 의해 제거될 수 있다. 기판 (304) 이 흑연 디스크이기 때문에, 기판 (304) 이 고온으로 가열될 때, 기판 (304) 은 연소되어 버린다 (burnt off). 도핑된 SiC 코팅 (308) 의 2 개의 독립형 디스크들이 남는다. 도 3d는 도핑된 SiC 코팅 (308) 의 2 개의 독립형 디스크들의 단면도이다.
도핑된 SiC 코팅 (308) 의 2 개의 독립형 디스크들은 부품으로 형성된다 (단계 224). 이 예에서, 도핑된 SiC 코팅 (308) 의 독립형 디스크 각각은 에지 링으로 형성된다. 이 예에서, 머시닝은 링들로 도핑된 SiC 코팅 (308) 의 독립형 디스크들을 형성하도록 사용된다. 도 3e는 에지 링들의 컴포넌트 바디를 형성하는 도핑된 SiC 코팅 (308) 으로부터 형성된 에지 링들의 단면 개략도이다.
본 개시가 몇몇의 바람직한 실시 예들의 측면에서 기술되었지만, 본 개시의 범위 내에 속하는 변경들, 수정들, 치환들, 및 다양한 대체 등가물들이 있다. 또한 본 개시의 방법들 및 장치들을 구현하는 많은 대안적인 방식들이 있다는 것에 유의해야 한다. 따라서 이하의 첨부된 청구항들은 본 개시의 진정한 정신 및 범위 내에 속하는 이러한 변경들, 수정들, 치환들, 및 다양한 대체 등가물들을 모두 포함하는 것으로 해석되는 것이 의도된다.

Claims (18)

  1. 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 플라즈마 프로세싱 챔버의 일부로서 사용하기 위한 컴포넌트에 있어서, 텅스텐, 탄탈룸, 또는 붕소 중 적어도 하나로 도핑된 실리콘 카바이드의 컴포넌트 바디를 포함하는, 컴포넌트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컴포넌트 바디 내의 실리콘 카바이드에 대한 텅스텐, 탄탈룸, 또는 붕소 중 적어도 하나의 비는 원자들 또는 분자들의 수로 0.01 ％ 내지 10 ％인, 컴포넌트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 컴포넌트는 전극, 에지 링, 또는 라이너 중 적어도 하나인, 컴포넌트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 컴포넌트는 화학적 기상 증착 프로세스를 제공함으로써 형성되고, 상기 프로세스는:
    기판을 제공하는 단계로서, 1000 ℃ 이상의 온도인, 상기 기판을 제공하는 단계;
    실리콘 및 탄소를 포함하는 증기 전구체를 제공하는 단계; 및
    상기 증기 전구체를 제공하는 동안 텅스텐, 탄탈룸, 또는 붕소 중 적어도 하나를 함유하는 증기 도펀트를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 기판은 상기 증기 전구체 및 상기 증기 도펀트에 노출되고, 상기 증기 전구체 및 상기 증기 도펀트는 상기 기판의 표면 상에 도핑된 SiC 코팅을 형성하는, 컴포넌트.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 컴포넌트는,
    상기 기판의 일부를 노출하도록 상기 도핑된 SiC 코팅의 일부를 제거하는 단계;
    상기 기판을 제거하는 단계; 및
    상기 도핑된 SiC 코팅을 머시닝하는 단계를 포함하는, 단계들에 의해 더 형성되는, 컴포넌트.
  6. 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치에 있어서,
    프로세싱 챔버;
    상기 프로세싱 챔버 내에서 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 지지부;
    상기 프로세싱 챔버 내로 가스를 제공하기 위한 가스 유입구; 및
    상기 프로세싱 챔버 내의 컴포넌트로서, 상기 컴포넌트는 텅스텐, 탄탈룸, 또는 붕소 중 적어도 하나로 도핑된 실리콘 카바이드를 포함하는, 상기 컴포넌트를 포함하는, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 컴포넌트 내의 실리콘 카바이드에 대한 텅스텐, 탄탈룸, 또는 붕소 중 적어도 하나의 비는 원자들 또는 분자들의 수로 0.01 ％ 내지 10 ％인, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 컴포넌트는 전극, 에지 링, 또는 라이너 중 적어도 하나인, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 가스 유입구에 연결된 가스 소스를 더 포함하고, 상기 가스 소스는,
    산소-함유 컴포넌트 소스; 및
    불소 함유 컴포넌트 소스를 포함하는, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 컴포넌트는 화학적 기상 증착 프로세스를 제공함으로써 형성되고, 상기 프로세스는:
    기판을 제공하는 단계로서, 1000 ℃ 이상의 온도인, 상기 기판을 제공하는 단계;
    실리콘 및 탄소를 포함하는 증기 전구체를 제공하는 단계; 및
    상기 증기 전구체를 제공하는 동안 텅스텐, 탄탈룸, 또는 붕소 중 적어도 하나를 함유하는 증기 도펀트를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 기판은 상기 증기 전구체 및 상기 증기 도펀트에 노출되고, 상기 증기 전구체 및 상기 증기 도펀트는 상기 기판의 표면 상에 도핑된 SiC 코팅을 형성하는, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 컴포넌트는,
    상기 기판의 일부를 노출하도록 상기 도핑된 SiC 코팅의 일부를 제거하는 단계;
    상기 기판을 제거하는 단계; 및
    상기 도핑된 SiC 코팅을 머시닝하는 단계를 포함하는, 단계들에 의해 더 형성되는, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치.
  12. 텅스텐, 탄탈룸, 또는 붕소 중 적어도 하나로 도핑된 실리콘 카바이드로 부품을 형성하는 단계를 포함하는, 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용하기 위한 부품을 형성하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 부품 내 실리콘 카바이드에 대한 텅스텐, 탄탈룸, 또는 붕소 중 적어도 하나의 비는 원자들 또는 분자들의 수로 0.01 ％ 내지 10 ％인, 부품 형성 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 부품을 형성하는 단계는,
    기판을 제공하는 단계로서, 1000 ℃ 이상의 온도인, 상기 기판을 제공하는 단계;
    실리콘 및 탄소를 포함하는 증기 전구체를 제공하는 단계; 및
    상기 증기 전구체를 제공하는 동안 텅스텐, 탄탈룸, 또는 붕소 중 적어도 하나를 함유하는 증기 도펀트를 제공하는 단계를 포함하는 화학적 기상 증착을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 기판은 상기 증기 전구체 및 상기 증기 도펀트에 노출되고, 상기 증기 전구체 및 상기 증기 도펀트는 상기 기판의 표면 상에 도핑된 SiC 코팅을 형성하는, 부품 형성 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기판의 일부를 노출시키기 위해 상기 도핑된 SiC 코팅의 일부를 제거하는 단계를 더 포함하는, 부품 형성 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 도핑된 SiC 코팅으로부터 상기 기판을 제거하는 단계를 더 포함하는, 부품 형성 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 부품 내로 상기 도핑된 SiC 코팅을 머시닝하는 단계를 더 포함하는, 부품 형성 방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 부품은 전극, 에지 링, 및 라이너 중 적어도 하나를 포함하는, 부품 형성 방법.
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