수소 플라스마 어닐링 처리 준비 방법, 수소 플라스마 어닐링 처리 방법, 및 수소 플라스마 어닐링 장치

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명 개념의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명 개념의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명 개념의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명 개념의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명 개념을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명 개념은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명 개념의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 반대로 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명 개념을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "갖는다" 등의 표현은 명세서에 기재된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.

첨부 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 여기에 사용되는 모든 용어 "및/또는"은 언급된 구성 요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "기판"은 기판 그 자체, 또는 기판과 그 표면에 형성된 소정의 층 또는 막 등을 포함하는 적층 구조체를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "기판의 표면"이라 함은 기판 그 자체의 노출 표면, 또는 기판 위에 형성된 소정의 층 또는 막 등의 외측 표면을 의미할 수 있다.

도 1은 기판 처리 시스템의 일 실시예를 나타낸 평면도이다.

도 1을 참조하면, 기판 처리 시스템(1)은 인덱스 모듈(10) 및 공정 처리 모듈(20)을 포함할 수 있다. 상기 인덱스 모듈(10)은 로드 포트(12) 및 이송 프레임(14)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 로드 포트(12), 이송 프레임(14) 및 공정 처리 모듈(20)은 일렬로 순차 배치될 수 있다.

로드 포트(12)에는 기판이 수납된 캐리어(18)가 안착된다. 캐리어(18)로는 전면 개방 일체형 포드(Front Opening Unified Pod, FOUP)가 사용될 수 있다. 로드 포트(12)는 복수 개가 제공될 수 있다. 로드 포트(12)의 개수는 공정 처리 모듈(20)의 공정 효율 및 풋 프린트 조건 등에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다. 캐리어(18)에는 기판들을 지면에 대해 수평하게 배치한 상태로 수납하기 위한 다수의 슬롯이 형성된다.

공정 처리 모듈(20)은 버퍼 유닛(22), 이송 챔버(24), 그리고 공정 챔버(26)를 가질 수 있다. 상기 이송 챔버(24)의 양측에는 각각 공정 챔버(26)들이 배치될 수 있다. 이송 챔버(24)의 일측 및 타측에서 공정 챔버(26)들은 이송 챔버(24)를 기준으로 서로 간에 대칭이 되도록 제공될 수 있다.

이송 챔버(24)의 일측에는 복수 개의 공정 챔버(26)들이 제공된다. 공정 챔버(26)들 중 일부는 이송 챔버(24)의 길이 방향을 따라 배치된다. 또한, 공정 챔버(26)들 중 일부는 서로 적층되게 배치된다. 즉, 이송 챔버(24)의 일측에는 공정 챔버(26)들이 A x B의 배열로 배치될 수 있다. 여기서 A는 x 방향을 따라 일렬로 제공된 공정 챔버(26)의 수이고, B는 y 방향을 따라 일렬로 제공된 공정 챔버(26)의 수이다. 이송 챔버(24)의 양측에 공정 챔버(26)가 4개 또는 6개 제공되는 경우, 공정 챔버(26)들은 2 x 2 또는 3 x 2의 배열로 배치될 수 있다. 공정 챔버(26)의 개수는 증가하거나 감소할 수도 있다. 일부 실시예들에 있어서, 공정 챔버(26)는 이송 챔버(24)의 일측에만 제공될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에 있어서, 공정 챔버(26)는 이송 챔버(24)의 일측 및 양측에 단층으로 제공될 수 있다.

버퍼 유닛(22)은 이송 프레임(14)과 이송 챔버(24) 사이에 배치된다. 버퍼 유닛(22)은 공정 챔버(26)와 캐리어(18) 간에 기판이 반송되기 전에 기판이 머무르는 공간을 제공한다. 이송 프레임(14)은 로드 포트(12)에 안착된 캐리어(18)와 버퍼 유닛(22) 간에 기판을 반송한다.

이송 챔버(24)는 버퍼 유닛(22)과 공정 챔버(26) 간에, 그리고 공정 챔버(26)들 간에 기판을 반송한다. 공정 챔버(26) 내에는 기판에 대하여 플라스마 처리 공정을 수행하는, 특히 수소 플라스마 처리 공정을 수행하는 플라스마 처리 장치(30)가 제공된다.

이하에서는 상기 플라스마 처리 장치를 더욱 상세하게 설명한다. 도 2는 상기 플라스마 처리 장치(30)의 일예인 수소 플라스마 어닐링 처리 장치(100)를 나타낸 측단면도이다.

도 2를 참조하면, 상기 수소 플라스마 어닐링 처리 장치(100)는 하부 챔버(110)를 포함한다. 상기 하부 챔버(110) 위에는 하부 가스링(112), 상부 가스링(114), 및 돔 플레이트(dome plate)(118)가 순차 결합될 수 있다. 또한 상기 하부 챔버(110) 내의 반응 공간(182)의 천정으로서 돔(dome)(141)이 제공될 수 있다. 상기 하부 챔버(110), 하부 가스링(112), 상부 가스링(114), 돔 플레이트(dome plate)(118), 및 돔(141)은 반응 공간(182)을 정의하는 챔버 하우징(180)을 이룰 수 있다.

상기 하부 챔버(110)의 바닥면에는 기판(W)을 배치하는 배치부로서의 서셉터(120)가 제공될 수 있다. 상기 서셉터(120)는 원통 형상을 가질 수 있다. 상기 서셉터(120)는 쿼츠나 AlN과 같은 무기재료, 또는 알루미늄과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.

상기 서셉터(120)의 상면에는 정전척(121)이 제공될 수 있다. 상기 정전척(121)은, 절연재 사이에 전극(122)이 삽입되도록 구성될 수 있다. 상기 전극(122)은 상기 하부 챔버(110)의 외부에 설치된 직류 전원(123)에 접속될 수 있다. 상기 직류 전원(123)에 의하여 서셉터(120)의 표면에 쿨롱힘을 발생시켜, 상기 기판(W)을 상기 서셉터(120) 상에 정전 흡착시킬 수 있다.

상기 서셉터(120)의 내부에는 히터/쿨러(126)가 제공될 수 있다. 상기 히터/쿨러(126)는 그의 가열/냉각 강도를 제어하기 위한 온도 제어기(127)와 연결되어 있을 수 있다. 즉, 상기 온도 제어기(127)에 의하여 상기 서셉터(120)의 온도를 제어할 수 있고, 그에 의하여 상기 서셉터(120) 상에 배치된 기판(W)의 온도를 원하는 온도로 유지할 수 있다.

상기 서셉터(120)의 주위에는 상기 서셉터(120)를 가이드하기 위한 서셉터 가이드(128)가 제공된다. 상기 서셉터 가이드(128)는 예컨대 세라믹류 또는 석영 등의 절연성 재료가 이용될 수 있다.

상기 서셉터(120)의 내부에는 상기 기판(W)을 아래쪽에서 지지하면서 승강시키기 위한 승강핀이 내장되어 있을 수 있다. 상기 승강핀은 상기 서셉터(120) 내에 형성된 관통 구멍을 삽입 관통하여 상기 서셉터(120)의 상면으로부터 돌출 가능하도록 구성될 수 있다. 또한 상기 승강핀은 상기 기판(W)을 지지하기 위하여 적어도 세 개가 구비될 수 있다.

상기 서셉터(120)의 주위에는 상기 서셉터(120)를 환상(環狀)으로 둘러싸는 배기 공간(130)이 형성되어 있을 수 있다. 상기 배기 공간(130)의 상부에는 상기 수소 플라스마 어닐링 처리 장치(100) 내의 기상 물질을 균일하게 배기하기 위하여, 복수의 배기 구멍이 형성된 환상의 배플 플레이트(131)이 제공될 수 있다. 상기 배플 플레이트(131)는 단일층으로 형성될 수도 있고, 둘 이상의 층이 적층되어 형성될 수도 있다.

상기 수소 플라스마 어닐링 처리 장치(100)의 바닥면인 상기 배기 공간(130)의 바닥부에는 배기관(132)이 접속되어 있다. 상기 배기관(132)의 수는 임의로 설정될 수 있고, 원주 방향으로 복수개 구비될 수도 있다. 상기 배기관(132)은, 예를 들면 진공 펌프를 구비한 배기 장치(133)에 접속될 수 있다. 상기 배기 장치(133)는, 상기 수소 플라스마 어닐링 처리 장치(100) 내의 분위기를 미리 정해진 진공도까지 감압하도록 구성될 수 있다.

상기 수소 플라스마 어닐링 처리 장치(100)의 돔(141)의 상부에는 플라스마 생성을 위한 마이크로파를 공급하는 고주파(radio frequency, RF) 안테나 장치(140)가 제공될 수 있다. 상기 RF 안테나 장치(140)는 슬롯판(slot plate)(142), 지파판(slow-wave plate)(143), 및 쉴드 덮개(shield lid)(144)를 포함할 수 있다.

상기 돔(141)은 마이크로파가 잘 투과되도록 유전체, 예를 들면 쿼츠, Al₂O₃, AlN 등이 이용될 수 있다. 상기 돔(141)은 O-링 등의 기밀 부재를 이용하여 돔 플레이트(118)에 밀착될 수 있다.

상기 슬롯판(142)은 상기 돔(141)의 상부에 위치하고, 상기 서셉터(120)와 대향하도록 배치될 수 있다. 상기 슬롯판(142)에는 다수의 슬롯들이 형성되어 있을 수 있으며, 안테나로서 기능할 수 있다. 상기 슬롯판(142)로는 도전성을 갖는 재료, 예를 들면 구리, 알루미늄, 니켈 등이 이용될 수 있다.

상기 지파판(143)은 상기 슬롯판(142)의 상부에 제공되며 마이크로파의 파장을 단축시키는 역할을 수행할 수 있다. 상기 지파판(143)으로는 저손실 유전체 재료, 예를 들면, 쿼츠, Al₂O₃, AlN 등이 이용될 수 있다.

상기 쉴드 덮개(144)는 상기 지파판(143)의 상부에서 상기 슬롯판(142) 및 상기 지파판(143)을 덮도록 제공될 수 있다. 상기 쉴드 덮개(144)의 내부에는, 예컨대 냉각 매체를 유통시키는 원환형의 유로(145)가 다수 설치될 수 있다. 상기 유로(145)를 흐르는 냉각 매체에 의해, 돔(141), 슬롯판(142), 지파판(143), 및 쉴드 덮개(144)가 미리 정해진 온도로 조절될 수 있다.

상기 쉴드 덮개(144)의 중앙부에는 동축 도파관(150)이 접속될 수 있다. 상기 동축 도파관(150)은 내부 도체(151) 및 외부관(152)을 가질 수 있다. 상기 내부 도체(151)는, 상기 슬롯판(142)와 접속될 수 있다. 상기 내부 도체(151)의 슬롯판(142) 측은 원추형으로 형성될 수 있으며, 상기 슬롯판(142)에 대하여 마이크로파를 효율적으로 전파 가능하도록 구성될 수 있다.

상기 동축 도파관(150)에는 마이크로파를 미리 정해진 진동 모드로 변환하는 모드 변환기(153), 직사각형 도파관(154), 및 마이크로파를 발생하는 마이크로파 발생 장치(155)가 순차적으로 접속될 수 있다. 상기 마이크로파 발생 장치(155)는 미리 정해진 주파수, 예를 들면 2.45GHz의 마이크로파를 생성할 수 있다. 상기 마이크로파 발생 장치(155)에는 약 2000W 이상의 파워가 인가될 수 있다. 상기 마이크로파 발생 장치(155)에는 약 3000W 내지 약 3500W까지의 파워도 인가될 수 있다.

상기 수소 플라스마 어닐링 처리 장치(100)에서 플라스마를 생성하는 방식은 용량형(capacitive)일 수도 있고 유도형(inductive)일 수도 있다. 또는 플라스마 튜브와 같은 원격 플라스마 발생기와 연결되어 있을 수도 있다.

이러한 구성에 의해, 마이크로파 발생 장치(155)에 의해 발생된 마이크로파는, 직사각형 도파관(154), 모드 변환기(153), 동축 도파관(150)을 순차 전파하여, RF 안테나 장치(140) 내로 공급되고, 지파판(143)으로 압축되어 단파장화되며, 슬롯판(142)으로 원편파(circularly polarized waves)를 발생시킨 후, 슬롯판(142)으로부터 마이크로파 투과판(141)을 투과하여 반응 공간(182) 내로 방사된다. 이 마이크로파에 의해 상기 반응 공간(182) 내에서는 처리 가스가 플라즈마화하고, 이 플라즈마에 의해 기판(W)의 플라즈마 처리가 행해진다.

여기서 RF 안테나 장치(140), 동축 도파관(150), 모드 변환기(153), 직사각형 도파관(154), 및 마이크로파 발생 장치(155)는 플라스마 발생 장치를 구성할 수 있다.

상기 RF 안테나 장치(140)의 중앙부에는, 제1 처리 가스 공급부로서의 제1 처리 가스 공급관(160)이 설치되어 있다. 제1 처리 가스 공급관(160)은 RF 안테나 장치(140)를 관통하고, 이 제1 처리 가스 공급관(160)의 일단부는 돔(141)의 하면을 관통하여 개구되어 있다. 또한, 제1 처리 가스 공급관(160)은 동축 도파관(150)의 내부 도체(151)의 내부를 관통하고, 모드 변환기(153) 내부를 더 삽입 관통하여, 이 제1 처리 가스 공급관(160)의 타단부는 제1 처리 가스 공급원(161)에 접속될 수 있다. 상기 제1 처리 가스 공급원(161)의 내부에는, 처리 가스로서, 예컨대 수소(H₂) 가스가 저장되어 있을 수 있다. 하지만, 필요에 따라 헬륨, 네온, 아르곤과 같은 불활성 가스 및/또는 질소, 암모니아, 히드라진과 같은 질소계 처리 가스가 각각 개별적으로 더 저장되어 있을 수 있다. 또한, 상기 제1 처리 가스 공급관(160)에는, 제1 처리 가스의 흐름을 제어하는 밸브나 유량 조절부 등을 포함하는 공급 기기군(162)이 설치되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 챔버 하우징(180)의 측면에는, 제2 처리 가스 공급부로서의 제2 처리 가스 공급관(170) 및 제3 처리 가스 공급부로서의 제3 처리 가스 공급관(190)이 설치되어 있다. 제2 처리 가스 공급관(170)과 제3 처리 가스 공급관(190)은 각각, 챔버 하우징(180)의 측면의 원주 상에서 등간격으로 복수개, 예컨대 24개 설치되어 있을 수 있다. 상기 제2 처리 가스 공급관(170)과 제3 처리 가스 공급관(190)의 일단부는 챔버 하우징(180)의 측면에 있어서 개구되고, 타단부는 대응되는 버퍼부(171, 191)에 각각 접속되어 있다.

상기 버퍼부(171)는, 챔버 하우징(180)의 측면 내부에 환상으로 설치되고, 복수의 제2 처리 가스 공급관(170)에 공통으로 설치될 수 있다. 상기 버퍼부(171)에는, 공급관(172)을 통해 제2 처리 가스 공급원(173)이 접속되어 있다. 제2 처리 가스 공급원(173)의 내부에는, 처리 가스로서, 예컨대 헬륨, 네온, 아르곤과 같은 불활성 가스 및/또는 질소, 암모니아, 히드라진과 같은 질소계 처리 가스, 또는 수소가 각각 개별로 저류되어 있을 수 있다. 또한, 상기 공급관(172)에는, 제2 처리 가스의 흐름을 제어하는 밸브나 유량 조절부 등을 포함하는 공급 기기군(174)이 설치되어 있을 수 있다. 그리고, 도 2에 도시된 바와 같이 제2 처리 가스 공급원(173)으로부터 공급된 제2 처리 가스는, 공급관(172)을 통해 버퍼부(171)에 도입되고, 버퍼부(171) 내에서 원주(circumferential) 방향의 압력을 균일화하고 나서 제2 처리 가스 공급관(170)을 통해 챔버 하우징(180) 내로 공급될 수 있다.

상기 버퍼부(191)는, 챔버 하우징(180)의 측면 내부에 환상으로 설치되고, 복수의 제3 처리 가스 공급관(190)에 공통으로 설치될 수 있다. 상기 버퍼부(191)에는, 공급관(192)을 통해 제3 처리 가스 공급원(193)이 접속되어 있다. 제3 처리 가스 공급원(193)의 내부에는, 처리 가스로서, 예컨대 헬륨, 네온, 아르곤과 같은 불활성 가스 및/또는 질소, 암모니아, 히드라진과 같은 질소계 처리 가스, 또는 수소가 각각 개별로 저류되어 있을 수 있다. 또한, 상기 공급관(192)에는, 제3 처리 가스의 흐름을 제어하는 밸브나 유량 조절부 등을 포함하는 공급 기기군(194)이 설치되어 있을 수 있다. 그리고, 도 2에 도시된 바와 같이 제3 처리 가스 공급원(193)으로부터 공급된 제3 처리 가스는, 공급관(192)을 통해 버퍼부(191)에 도입되고, 버퍼부(191) 내에서 원주(circumferential) 방향의 압력을 균일화하고 나서 제3 처리 가스 공급관(190)을 통해 챔버 하우징(180) 내로 공급될 수 있다.

상기 제1 처리 가스 공급원(161), 제2 처리 가스 공급원(173), 및 제3 처리 가스 공급원(193)으로부터 공급되는 가스는 각각 질소계 처리 가스, 불활성 가스, 수소(H₂)일 수 있다. 그러나 본 발명은 여기에 한정되지 않고, 각 처리 가스 공급원들(161, 173, 193)과 가스의 종류는 다르게 대응될 수 있다.

또, 상기 제1 처리 가스 공급원(161), 제2 처리 가스 공급원(173), 및 제3 처리 가스 공급원(193)으로부터의 가스의 공급 및 차단, 플라스마 발생 장치(155)의 동작, 기판의 반입을 위한 게이트 밸브(113)의 개폐 등을 제어하기 위한 컨트롤러(301)가 제공될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 상기 수소 플라스마 어닐링 처리 장치(100) 내에는 쿼츠와 같은 절연체로 이루어진 다양한 부품들이 반응 공간을 향하여 노출되어 있다. 상기 부품들은, 노출된 채 수소 플라스마 공정이 진행될 경우, 수소 라디칼과 반응하여 파티클이 발생하고 부품의 수명이 짧아질 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 플라스마 어닐링 처리 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 우선 반응 공간(182) 내부의 절연성 부품들의 표면이 패시베이션될 수 있다(S1). 상기 절연성 부품들은, 예를 들면, 상기 챔버 하우징(180)의 천정(돔, 141), 측벽 라이너(184), 배플 플레이트(131), 또는 서셉터(120) 등일 수 있다. 이들 부품들 중 적어도 하나는, 예를 들면, 쿼츠, Al₂O₃, AlN, 및 Y₂O₃ 등의 물질로 이루어질 수 있다.

도 4는 상기 패시베이션시키는 단계(S1)에 의하여, 상기 절연성 부품들의 표면이 변화하는 것을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 4는 물질이 쿼츠(SiO2)인 경우에 대하여 예시하고 있지만, 통상의 기술자는 다른 절연성 물질들(예를 들면, Al₂O₃, AlN, 및 Y₂O₃)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있음을 이해할 것이다.

도 4를 참조하면, 쿼츠 재질의 부품의 표면의 일부가 실리콘 산질화물(SiON)로 전환되어 있음을 볼 수 있다. 즉, 종전의 쿼츠 표면 위에 SiON이 새로운 층으로서 퇴적(deposition)된 것이 아니라, 종전의 쿼츠 표면이 상기 패시베이션에 의하여 소정 두께에 걸쳐 SiON으로 전환된 것이다. 여기서 질소(N)는 상기 패시베이션에 이용된 질소계 가스로부터 유래한 것이고, 그 외의 원소들, 즉 실리콘(Si)과 산소(O)는 쿼츠로부터 유래한 것일 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 이어서 기판에 대하여 수소 플라스마 어닐링(hydrogen plasma annealing, HPA)을 수행할 수 있다(S2). 표면에 SiON 패시베이션층을 갖는 부품에 대하여 HPA를 수행하면 SiON이 SiO₂로 전환될 수 있다. 이들 각 단계들에 대해서는 뒤에서 더욱 상세하게 설명한다.

도 5 내지 7은 본 발명의 실시예들에 따라 수소 플라스마 어닐링 처리 방법의 각 단계들의 조합 방법을 설명하기 위한 모식도들이다.

도 5를 참조하면, 각 수소 플라스마 어닐링 (hydrogen plasma annealing, HPA) 단계에 선행하여 대응되는 패시베이션 단계들이 1회씩 수행된다. 상기 패시베이션 단계들은 쿼츠와 같은 절연성 물질로 된 부품들의 표면을 적어도 부분적으로 실리콘 산질화물과 같은 패시베이션 층으로 전환시키는 것일 수 있다.

상기 패시베이션 단계들의 수행 횟수와 HPA의 수행 횟수가 동일할 수 있다. 이는 1회의 패시베이션에 의하여 SiON으로 전환되는 두께와 1회의 HPA에 의하여 SiO₂로 전환되는 두께가 실질적으로 동일한 경우일 수 있다. 이 경우 1회의 패시베이션과 1회의 HPA가 하나의 사이클을 구성할 수 있다. 여기서 두께가 실질적으로 동일하다는 것은 질소의 결합으로 인한 약간의 두께 변화는 동일한 것으로 간주하되, 추가적인 층의 퇴적(deposition)에 해당하는 정도의 두께 변화는 동일하지 않는 것으로 간주한다는 의미이다.

도 6을 참조하면, 1회의 패시베이션에 대하여 2회씩의 HPA가 수행될 수 있다. 즉, 패시베이션 1에 대하여 HPA 1, HPA 2가 대응되고, 패시베이션 2에 대하여 HPA 3, HPA 4가 대응될 수 있다. 나아가 패시베이션 N에 대하여 HPA (2N-1), HPA 2N이 대응될 수 있다. 이는 1회의 패시베이션에 의하여 SiON으로 전환되는 두께가 1회의 HPA에 의하여 SiO₂로 전환되는 두께의 대략 2배인 경우일 수 있다. 이 경우 1회의 패시베이션과 2회의 HPA가 하나의 사이클을 구성할 수 있다.

도 7을 참조하면, 1회의 패시베이션에 대하여 N회의 HPA가 수행될 수 있다. 즉, 패시베이션 1에 대하여 HPA 1, HPA 2, ..., HPA N이 대응될 수 있다. 이는 1회의 패시베이션에 의하여 SiON으로 전환되는 두께가 1회의 HPA에 의하여 SiO₂로 전환되는 두께의 대략 N배인 경우일 수 있다. 이 경우 1회의 패시베이션과 N회의 HPA가 하나의 사이클을 구성할 수 있다.

도 6 및 도 7에서 보는 바와 같이, 1회의 사이클에서 실리콘 산질화물로 전환시키는 단계, 즉 패시베이션시키는 단계의 수행 횟수는 상기 기판을 반입하여 수소 플라스마 어닐링 처리를 수행하는 횟수보다 더 적을 수 있다. 예를 들면, 패시베이션시키는 단계의 수행 횟수와 기판을 반입하여 수소 플라스마 어닐링 처리를 수행하는 횟수의 비는 1:2 내지 1:25일 수 있다.

이하에서는 도 2의 챔버 하우징(180) 내부의 절연성 부품들의 표면을 패시베이션시키는 단계(S1, 도 3 참조)를 보다 상세하게 설명한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 반응 챔버 내부의 절연성 부품들의 표면을 패시베이션시키는 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 2와 도 8을 참조하면, 상기 반응 공간(182) 내에 질소계 처리 가스를 도입할 수 있다(S11). 상기 질소계 처리 가스는 제1 처리 가스 공급관(160), 제2 처리 가스 공급관(170) 및 제3 처리 가스 공급관(190) 중의 어느 하나를 통하여 공급될 수 있다. 여기서는 제1 처리 가스 공급관(160)을 통하여 질소계 처리 가스가 공급되는 것으로 예를 든다. 이를 위하여 상기 컨트롤러(301)는 상기 제1 처리 가스 공급관(160)을 통하여 상기 반응 공간으로 질소계 가스를 공급하는 동안 수소를 공급하기 위한 상기 제3 처리 가스 공급관(190)을 차단하도록 구성될 수 있다.

상기 질소계 처리 가스는, 예를 들면, N₂, 암모니아(NH₃), 히드라진(N₂H₄), 플라스마 N₂, 리모트 플라즈마 N₂, 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 질소계 처리 가스는 질소는 포함하되 산소는 포함하지 않는 가스일 수 있다. 즉, NO, NO₂, N₂O와 같은 가스들은 상기 질소계 처리 가스로서 사용되지 않을 수 있다.

상기 질소계 처리 가스는 약 200 sccm 내지 약 5000 sccm의 유량으로 공급될 수 있다.

또한 상기 반응 공간(182) 내에 불활성 가스도 함께 도입될 수 있다. 상기 불활성 가스는 제1 처리 가스 공급관(160), 제2 처리 가스 공급관(170) 및 제3 처리 가스 공급관(190) 중의 어느 하나를 통하여 공급될 수 있다. 그러나, 상기 질소계 처리 가스가 공급되는 공급관과 상이한 공급관을 통해서 공급될 수 있다. 여기서는 제2 처리 가스 공급관(170)을 통하여 불활성 가스가 공급되는 것으로 예를 든다. 이를 위하여 상기 컨트롤러(301)는 상기 제1 처리 가스 공급관(160)을 통하여 질소계 가스를 공급하는 동안 상기 제2 처리 가스 공급관(170)을 통하여 불활성 가스를 공급하도록 구성될 수 있다.

상기 불활성 가스는, 예를 들면, 헬륨, 네온, 또는 아르곤일 수 있다. 상기 불활성 가스는 약 100 sccm 내지 약 10000 sccm의 유량으로 공급될 수 있다.

이 때, 상기 반응 공간(182) 내에 수소(H₂)는 공급되지 않을 수 있다. 또한 상기 반응 공간(182) 내에 산소계 가스는 공급되지 않을 수 있다. 상기 산소계 가스는, 예를 들면, O₃, H₂O, O₂, NO₂, NO, N₂O, H₂O, 알콜(alcohol), 금속 알콕사이드(alkoxide), 플라즈마 O₂, 리모트 플라즈마 O₂, 플라즈마 N₂O, 플라즈마 H₂O, 또는 이들의 조합 등일 수 있다.

상기 반응 공간(182) 내에는 기판(W)이 존재하지 않는다. 기판(W)은 반입 전이거나, 또는 이미 앞선 단계에서 수소 플라스마 어닐링 처리가 완료되어 외부로 반출되었다.

이어서, 상기 플라스마 발생 장치를 이용하여 상기 질소계 처리 가스를 플라스마 여기시킬 수 있다(S13). 상기 질소계 처리 가스를 플라스마 여기시키기 위하여, 상기 컨트롤러(301)는 상기 플라스마 발생 장치에 약 1000W 내지 약 3000W의 파워를 인가할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 3000W가 넘는 파워, 예를 들면, 약 4000W의 파워까지도 인가될 수 있다.

이 단계에서, 상기 반응 공간(182) 내의 온도는 약 450℃ 내지 약 650℃일 수 있다. 또, 상기 반응 공간(182) 내의 압력은 약 10 mTorr 내지 약 150 mTorr일 수 있다. 하지만 필요에 따라 150 mTorr보다 더 높은 압력에서 플라스마 여기가 이루어질 수도 있다. 10 mTorr보다 더 낮은 압력에서도 플라스마 여기가 이루어질 수 있지만 상당한 진공을 형성하여야 하기 때문에 경제적으로 불리할 수 있다.

상기한 바와 같이 플라스마 발생 장치를 점화시키면 질소 가스가 여기되어 절연성 부품들의 표면과 반응할 수 있다. 상기 절연성 부품들의 표면은 적어도 부분적으로 쿼츠, Al₂O₃, AlN, 또는 Y₂O₃의 물질로 이루어질 수 있다. 상기 절연성 부품의 표면이 쿼츠인 경우 상기 질소 플라스마 처리에 의하여 표면의 적어도 일부의 SiO₂가 SiON으로 전환될 수 있다. 여기서 SiO₂와 SiON은 화학양론적으로 나타내어진 화학식은 아니다.

상기 SiON층은 패시베이션층으로 지칭될 수 있다. 또, 상기 SiON 층은 약 10Å 내지 약 40Å의 두께를 가질 수 있다. 상기 SiON 층의 두께는 상기 질소 플라스마 처리 시간에 따라 증가할 수 있다. 하지만 시간이 경과할수록 질소가 상기 표면으로부터 통과해야 하는 거리가 증가하기 때문에 상기 두께의 증가율은 시간에 따라 둔화될 수 있다. 이러한 점을 고려하여 상기 질소 플라스마 처리의 지속 시간은 약 10초 내지 약 10분일 수 있다. 또는 상기 지속 시간은 약 20초 내지 약 1분일 수 있다.

이와 같은 절연성 부품들은, 예를 들면 상기 반응 챔버의 천정, 측벽 라이너(184), 배플 플레이트(131), 및 서셉터(120)로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 여기서 상기 반응 챔버의 천정은 돔(141)일 수 있다.

이와 같이 반응 공간(182) 내에서의 질소 플라스마 처리가 완료되면 배기 장치(133)를 통하여 반응 공간(182) 내부가 비워지거나(evacuated) 퍼지 가스로 퍼지될 수 있다.

이하에서는 상기 챔버 하우징(180) 내에서 기판을 수소 플라스마 어닐링(hydrogen plasma annealing, HPA) 처리하는 방법(S2, 도 3 참조)을 보다 상세하게 설명한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 반응 챔버 내부의 기판을 수소 플라스마 어닐링 처리하는 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 2 및 도 9를 참조하면, 게이트 밸브(113)를 통하여 상기 반응 공간(182) 내에 기판(W)을 반입한다(S21). 상기 기판(W)을 반입하기 위하여 상기 컨트롤러(113)는 상기 게이트 밸브(113)를 개방할 수 있다. 또한 상기 컨트롤러(301)는 상기 기판(W)을 상기 서셉터(120) 위로 반입하도록 구성될 수 있다.

반입된 상기 기판(W)은 반도체 소자를 제조하기 위한 구조물이 형성된 반도체 기판일 수 있다. 도 10은 이러한 구조물(200F)을 예시한 사시도이다.

도 10을 참조하면, 핀형 활성 영역(FA)이 형성된 반도체 기판(210)이 제공된다.

상기 반도체 기판(210)은 Si 또는 Ge와 같은 반도체, 또는 SiGe, SiC, GaAs, InAs, 또는 InP와 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 반도체 기판(210)은 III-V 족 물질 및 IV 족 물질 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 상기 III-V 족 물질은 적어도 하나의 III 족 원소와 적어도 하나의 V족 원소를 포함하는 2 원계, 3 원계, 또는 4 원계 화합물일 수 있다. 상기 III-V 족 물질은 III 족 원소로서 In, Ga 및 Al 중 적어도 하나의 원소와, V 족 원소로서 As, P 및 Sb 중 적어도 하나의 원소를 포함하는 화합물일 수 있다. 예를 들면, 상기 III-V 족 물질은 InP, In_zGa_1-zAs (0 ≤ z ≤ 1), 및 Al_zGa_1-zAs (0 ≤ z ≤ 1)로부터 선택될 수 있다. 상기 2 원계 화합물은, 예를 들면 InP, GaAs, InAs, InSb 및 GaSb 중 어느 하나일 수 있다. 상기 3 원계 화합물은 InGaP, InGaAs, AlInAs, InGaSb, GaAsSb 및 GaAsP 중 어느 하나일 수 있다. 상기 IV 족 물질은 Si 또는 Ge일 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상에 의한 집적회로 소자에서 사용 가능한 III-V 족 물질 및 IV 족 물질이 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다. 상기 III-V 족 물질과 Ge과 같은 IV 족 물질은 저전력, 고속 트랜지스터를 만들 수 있는 채널 재료로 이용될 수 있다. Si 기판에 비해 전자의 이동도가 높은 III-V 족 물질, 예를 들면 GaAs로 이루어지는 반도체 기판과, Si 기판에 비해 정공의 이동도가 높은 반도체 물질, 예를 들면 Ge로 이루어지는 반도체 기판을 이용하여 고성능 CMOS를 형성할 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 반도체 기판(210) 상에 NMOS 트랜지스터를 형성하는 경우, 상기 반도체 기판(210)은 위에서 예시한 III-V 족 물질들 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 반도체 기판(210) 상에 PMOS 트랜지스터를 형성하는 경우, 상기 반도체 기판(210)의 적어도 일부는 Ge로 이루어질 수 있다. 다른 예에서, 상기 반도체 기판(210)은 SOI (silicon on insulator) 구조를 가질 수 있다. 상기 반도체 기판(210)은 도전 영역, 예를 들면 불순물이 도핑된 웰 (well), 또는 불순물이 도핑된 구조물을 포함할 수 있다.

상기 핀형 활성 영역(FA)을 인접하는 핀형 활성 영역과 분리하기 위하여 소자분리막(212)이 제공된다.

일부 실시예들에서, 상기 소자분리막(212)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산화질화막, 실리콘 탄화질화막 등과 같은 실리콘 함유 절연막, 폴리실리콘, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 소자분리막(212)을 형성하기 위하여, PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition), HDP CVD (high density plasma CVD), ICP CVD (inductively coupled plasma CVD), CCP CVD (capacitor coupled plasma CVD), FCVD (flowable chemical vapor deposition), 및/또는 스핀 코팅 (spin coating) 공정 공정을 이용할 수 있으나, 상기 예시한 방법들에만 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 소자분리막(212)은 FSG (fluoride silicate glass), USG (undoped silicate glass), BPSG (boro-phospho-silicate glass), PSG (phospho-silicate glass), FOX (flowable oxide), PE-TEOS (plasma enhanced tetra-ethyl-ortho-silicate), 또는 TOSZ (tonen silazene)로 이루어질 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.

상기 핀형 활성 영역(FA)의 표면에는 패터닝 과정에서 발생한 조면(roughness), 결정 무질서(disorder)가 존재하며, 이는 캐리어의 이동도(mobility)를 저하시키는 원인이 될 수 있다.

상기 기판(W)은 승강핀에 의하여 서셉터(120) 위에 배치될 수 있다. 이 때, 직류 전원(123)을 온(on)으로 하여 정전척(121)의 전극(122)에 직류 전압을 인가하고, 정전척(121)의 쿨롱힘에 의하여 상기 기판(W)을 상기 정전척에 정전 흡착할 수 있다. 그리고, 게이트 밸브(113)를 폐쇄하여 상기 반응 공간(182)을 밀폐한 후, 배기 장치(133)를 작동시켜 상기 반응 공간(182)을 미리 정해진 압력, 예컨대 10mTorr 내지 500 mTorr로 감압한다.

그런 후 상기 서셉터(120) 내부의 히터/쿨러(126)를 이용하여 상기 기판(W)의 온도를 약 450℃ 내지 약 650℃로 상승시킬 수 있다.

다시 도 2 및 도 9를 참조하면, 상기 반응 공간(182)으로 처리 가스로서 수소(H₂)가 공급된다(S23). 수소는 제1 처리 가스 공급관(160), 제2 처리 가스 공급관(170) 및 제3 처리 가스 공급관(190) 중의 어느 하나를 통하여 공급될 수 있다. 다만, 수소는 앞서 질소계 처리 가스가 공급되었던 공급관이나 불활성 가스가 공급되었던 공급관이 아닌 나머지 공급관을 통하여 공급될 수 있다. 여기서는 제3 처리 가스 공급관(190)을 통하여 수소가 공급되는 것으로 예를 든다. 이를 위하여 상기 컨트롤러(301)는 상기 제1 처리 가스 공급관(160)을 차단하는 동안 상기 제3 처리 가스 공급관(190)을 통하여 상기 반응 공간(182)으로 수소를 공급하도록 구성될 수 있다.

예를 들면, 상기 제2 처리 가스 공급관(170)으로부터 아르곤(Ar) 가스가 약 100 sccm의 유량으로 공급될 수 있다. 상기 제3 처리 가스 공급관(190)으로부터는 처리 가스로서 H₂ 가스가 약 750 sccm의 유량으로 공급될 수 있다.

다음으로, 상기 Ar 가스 및 H₂ 가스가 공급될 때, 상기 컨트롤러(301)는 마이크로파 발생 장치(155)를 전원을 인가하여 작동시키고, 이 마이크로파 발생 장치(155)에 있어서, 예컨대 2.45 GHz의 주파수로 미리 정해진 파워의 마이크로파를 발생시킨다(S25). 마이크로파는, 직사각형 도파관(154), 모드 변환기(153), 동축 도파관(150), RF 안테나 장치(140)를 통해 상기 반응 공간(182) 내에 방사된다. 이 마이크로파에 의해 상기 반응 공간(182) 내에서는 처리 가스(Ar, H₂)가 플라즈마 여기되고, 플라즈마 내에서 처리 가스(Ar, H₂)의 해리가 진행되며, 그 때에 발생한 활성종에 의해 기판(W)의 표면이 플라스마 처리될 수 있다. 이 때, 상기 마이크로파 발생 장치(155)에 인가되는 파워는 약 1000W 내지 약 3500W일 수 있다.

상기 수소 플라스마 어닐링을 위한 수소 플라스마 처리의 지속 시간은 약 10초 내지 약 10분일 수 있다. 또는 상기 지속 시간은 약 20초 내지 약 1분일 수 있다.

상기 기판(W)에 플라즈마 처리를 행하고 있는 동안, 선택적으로 고주파 전원을 더 인가하여, 예컨대 13.56 MHz의 주파수로 미리 정해진 파워의 고주파를 출력시킬 수도 있다.

이상의 실시형태에서는, 마이크로파를 이용한 플라즈마 처리를 예를 들어 설명하였으나, 이것에 한정되지 않고, 고주파 전압을 이용한 플라즈마 어닐링 처리에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있는 것은 물론이다.

또한, 이상의 실시형태에서는, 본 발명을 어닐링 처리를 행하는 플라즈마 처리에 적용하였지만, 본 발명은, 어닐링 처리 이외의 기판 처리, 예컨대 에칭 처리나 스퍼터링, 막 형성 등을 행하는 플라즈마 처리에도 적용할 수 있다. 또한, 여기서는 반도체 기판을 들어 설명하였지만, 본 발명의 플라즈마 처리에 의해 처리되는 피처리체는 반도체 기판, 사파이어 기판, 유리 기판, 유기 EL 기판, 평판 디스플레이(flat panel display, FPD)용의 기판 중 어느 것이어도 좋다.

상기 플라스마 처리에 의하여 패터닝 과정에서 발생한 조면(roughness), 결정 무질서(disorder)가 상당히 제거될 수 있다.

상기 플라스마 처리가 완료된 기판(W)은 상기 반응 공간(182)으로부터 반출될 수 있다(S27). 상기 기판(W)은, 예를 들면, 로봇아암 등의 수단에 의하여 반출될 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전자 시스템의 블록 다이어그램이다.

도 11을 참조하면, 전자 시스템(2000)은 콘트롤러(2010), 입출력 장치 (I/O)(2020), 메모리(2030), 및 인터페이스(2040)를 포함하며, 이들은 각각 버스(2050)를 통해 상호 연결되어 있다.

콘트롤러(2010)는 마이크로프로세서 (microprocessor), 디지탈 신호 프로세서, 또는 이들과 유사한 처리 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 입출력 장치(2020)는 키패드 (keypad), 키보드 (keyboard), 또는 디스플레이 (display) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 메모리(2030)는 콘트롤러(2010)에 의해 실행된 명령을 저장하는 데 사용될 수 있다. 예를 들면, 메모리(2030)는 유저 데이타 (user data)를 저장하는 데 사용될 수 있다.

전자 시스템(2000)은 무선 통신 장치, 또는 무선 환경 하에서 정보를 전송 및/또는 수신할 수 있는 장치를 구성할 수 있다. 전자 시스템(2000)에서 무선 커뮤니케이션 네트워크를 통해 데이타를 전송/수신하기 위하여 인터페이스(2040)는 무선 인터페이스로 구성될 수 있다. 인터페이스(2040)는 안테나 및/또는 무선 트랜시버 (wireless transceiver)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전자 시스템(2000)은 제3 세대 통신 시스템, 예를 들면, CDMA(code division multiple access), GSM (global system for mobile communications), NADC (north American digital cellular), E-TDMA (extended-time division multiple access), 및/또는 WCDMA (wide band code division multiple access)와 같은 제3 세대 통신 시스템의 통신 인터페이스 프로토콜에 사용될 수 있다. 전자 시스템(2000)은 도 3 내지 도 9의 수소 플라스마 어닐링 처리 방법을 이용하여 제조된 반도체 소자들 중 적어도 하나를 포함한다.

이하, 구체적인 실험예 및 비교예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하지만, 이들 실험예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

<실험예 1>

챔버 내부에 쿼츠(SiO₂) 재질의 부품을 갖는 플라스마 챔버에 대하여 패시베이션을 수행한 후, 수소 플라스마 어닐링 처리의 진행에 따른 쿼츠 부품 표면의 변화를 관찰하였다.

패시베이션 공정은 질소-아르곤 가스를 이용하면서 1800 mTorr에서 2700W의 플라스마 파워를 인가하여 진행하였다. 패시베이션을 완료한 후 수소 플라스마 어닐링 공정을 진행하였다.

도 12는 실험예 1에서 표면이 패시베이션된 쿼츠 재질의 부품들이 수소 플라스마 어닐링에 노출되었을 때의 변화를 시기별로 나타낸 모식도이다.

시기 ①

도 12를 참조하면, 패시베이션된 쿼츠 재질의 부품들에는 SiO₂를 이루는 산소 원자에 질소 원자가 결합되어 SiON의 층을 이루고 있다. 수소 플라스마 어닐링을 위하여 수소 플라스마가 인가되면, 산소와 결합한 질소 원자들은 수소 라디칼과 쉽게 반응하여 N-H 결합을 갖는 NH*(NH 라디칼)로 전환되면서 산소와 해리될 수 있다(dissociate). 질소 원자가 산소 원자와 해리되면 쿼츠 재질의 부품들의 표면은 패시베이션되기 전의 상태인 SiO₂로 복귀한다.

시기 ②

한편, SiON 층의 질소가 대부분 소진됨으로써 SiON이 SiO₂로 전환되게 되면, SiO₂의 산소는 수소 라디칼과 반응하여 OH*의 형태로 분리될 수 있다. 이는 SiO₂에서 산소의 손실로 이어지기 때문에 쿼츠 부품의 손상을 의미하게 된다.

도 13은 상기 시기 ①과 시기 ②에서의 반응 공간 내의 분위기 변화를 분광 광도 분석(optical emission spectrometry, OES)을 통해 관찰한 결과를 나타낸 그래프들이다.

도 13을 참조하면, 수소 플라스마 어닐링을 약 300초에 걸쳐서 수행하는 동안 OH 농도가 베이스라인을 기준으로 최초에는 소정 시간 동안 변화가 없다가 그 이후 일정하게 상승하는 시간 구간이 관찰되었다. 또한 NH 농도도 최초에는 피크를 형성하면서 많이 관찰되지만 점차 감소하면서 소정 시간이 경과한 후에는 큰 변화가 없는 모습이 관찰되었다.

또, OH 농도가 증가하기 시작하는 시점과 NH의 농도가 베이스 라인에 도달하는 시점이 거의 일치하는 것을 알 수 있다.

본 발명이 특정 이론에 한정되는 것은 아니지만, 이상의 현상은 쿼츠 부품의 표면에 존재하던 SiON 층이 수소 플라스마 어닐링이 진행됨에 따라 질소가 모두 소진되어 실리콘 산질화물이 실리콘 산화물로 전환됨에 따른 현상으로 이해된다.

보다 구체적으로, 수소 플라스마 어닐링을 개시한 시점(NH 그래프에서 화살표의 왼쪽 끝부분)으로부터 소정 시간 동안 챔버 내부 및 분석 장비가 안정화할 때까지 NH의 농도는 급격하게 증가하고, 이 시기에 OH의 베이스라인도 소정 값으로 안정화된다.

안정화 단계 이후부터는 ①로 표시된 구간 동안 OH 농도는 베이스 라인에서 일정하게 유지되고, NH 농도는 단조적으로 감소하게 된다. OH 농도가 베이스 라인에서 일정하게 유지되는 것은 이 시기 동안 쿼츠 부품의 표면에 존재하는 SiON 층의 질소가 아직 잔존하여 실리콘에 결합된 산소가 OH*의 형태로 해리되지는 않기 때문인 것으로 이해된다. 또, NH 농도가 단조적으로 감소하는 것은 표면의 질소가 점차 소진되어 감에 따라 수소 라디칼이 질소와 결합하여 NH*로 해리될 기회가 시간에 따라 감소하기 때문인 것으로 이해된다.

한편, ①로 표시된 구간이 도과한 후 ②로 표시된 구간에서는 OH의 농도가 거의 일정한 기울기로 선형적으로 증가하는 모습이 관찰되었다. 이는 쿼츠 부품의 표면에 존재하던 질소가 모두 소진되고 실리콘 산화물과 수소 라디칼 사이의 반응이 본격화된 데 따른 것으로 이해된다. 또한 질소가 모두 소진되었기 때문에 이 구간에서는 NH*의 농도가 베이스라인에 일정하게 머무는 것으로 판단된다.

위에서 살펴본 바와 같이 수소 플라스마 어닐링 시간이 길어지면 SiON 층의 질소가 모두 소진된다. 그러므로 쿼츠 부품의 표면을 보호하고 파티클의 발생을 방지하기 위해서는, 기판 처리에 필요한 수소 플라스마 어닐링 시간에 적합한 두께의 SiON 층이 얻어지도록 패시베이션 시간이 조절되어야 한다.

도 12 및 도 13은 쿼츠 부품 표면의 수소 플라스마 어닐링 시간에 따른 변화를 알아보기 위하여 패시베이션층(SiON층)의 두께에 적합한 어닐링 시간 이상으로 긴 시간(300초) 동안 수소 플라스마 어닐링을 수행한 결과이다. 따라서, 실제 공정 적용에서는 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같은 결과가, 특히 시기 ②에서와 같은 현상이 발생하지 않는 것이 의도될 수 있다.

도 14는 실리콘 웨이퍼를 반응 챔버에 장입하여 수소 플라스마 어닐링을 수행한 후의 표면 파티클 개수를 카운트한 결과를 나타낸 그래프이다.

<실시예 1>

질소를 이용한 패시베이션을 1회 수행한 후 수소 플라스마 어닐링을 1회 수행한 후의 표면 파티클 개수를 카운트하였다.

<실시예 2>

질소를 이용한 패시베이션을 1회 수행한 후 수소 플라스마 어닐링을 25회 수행한 후 25번째 실리콘 웨이퍼의 표면 파티클 개수를 카운트하였다.

<비교예 1>

질소를 이용한 패시베이션을 생략한 점을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행한 후 표면 파티클 개수를 카운트하였다.

<비교예 2>

질소 대신 산소를 이용한 패시베이션을 수행한 점을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행한 후 표면 파티클 개수를 카운트하였다.

도 14는 각 실시예 및 비교예에서 카운트된 파티클의 개수를 나타낸 막대 그래프이다. 여기서 세로축은 카운트된 파티클의 개수를 나타내는데, 보다 정확하게는 카운트된 파티클의 개수를 로그 스케일로 나타내고, 다시 이를 상대적인 임의 단위(A.U.)로 나타내었다.

도 14를 참조하면, 어떠한 패시베이션도 하지 않은 비교예 1에 비하여 산소 패시베이션을 한 비교예 2의 경우 파티클의 수가 5분의 1 이하로 감소한 것이 확인되었다. 그러나, 비교예 2의 경우 실시예 2와 비교하면 10배 정도 파티클이 더 많은 것이 확인되었다(세로축이 로그 스케일임에 유의).

다시 말해, 산소 패시베이션에 비하여 질소 패시베이션이 현저히 더 우수한 파티클 예방 효과가 있음이 확인되었다.

또, 1회의 패시베이션 후 1회의 수소 플라스마 어닐링을 수행하는 실시예 1에 비하여 25회의 수소 플라스마 어닐링을 수행하는 실시예 2의 경우 파티클의 수가 20배 이상 차이가 나는 것이 확인되었다.

이상의 결과들을 종합하면, 절연성 부품들에 대하여 패시베이션을 수행하면 파티클의 수를 크게 줄일 수 있으며, 특히 질소 패시베이션이 효과적임을 알 수 있다. 또한 매 수소 플라스마 어닐링 처리에 선행하여 질소 패시베이션이 수행되면 파티클의 수를 현저히 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.