JP2001262352A - ラジカル蒸着のためのシャワーヘッド装置 - Google Patents

ラジカル蒸着のためのシャワーヘッド装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造を有し、比較的低温でウェーハに
高品質の薄膜を形成するシャワーヘッド装置を提供す
る。 【解決手段】 シャワーヘッド装置（３００）は、第１
バッファ部（１５ａ）及び第１バッファ部内に分布した
原料ガスを一定流速で噴射する原料ガス噴射ホール（１
５ｃ）を有する第１シャワーヘッド（１５）と、プラズ
マ発生ガスを均一に分布させるための第２バッファ部
（１８ａ）、プラズマ発生ガスを噴射する複数のプラズ
マ発生ガス噴射ホール部（１８ｃ）及び貫通ホール（１
８ｄ）を有する第２シャワーヘッド（１８）と、原料ガ
ス噴射ホールと貫通ホールとを連通させ、原料ガスとプ
ラズマ発生ガスとが混合しないように誘導する誘導管
（２０）と、第１シャワーヘッドに外部のＲＦ電源を印
加するためのＲＦロード（１９ａ）を含むＲＦ発生手段
（１９）とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置を製造す
るための化学気相蒸着（Ｃhｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置に関し、特に、ラジカル
蒸着のためのシャワーヘッド装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体製造工程でウェーハまた
は基板に薄膜を蒸着するための気相化学蒸着装置では高
品質の薄膜を低い温度で蒸着するためにプラズマを利用
して原料ガスを活性化させウェーハや基板に薄膜を蒸着
させるようにしている。ここで、従来のプラズマ発生装
置を図１を参照して簡略に説明する。
【０００３】図１は、従来の一般的なプラズマ発生装置
１００の概略図である。プラズマ発生装置１００は、下
部に排気口６が形成され、基板１０８を収容するチャン
バ１０７と、前記チャンバ１０７の上面中央内部に貫通
し、チャンバ１０７にプラズマ発生ガスを注入するため
のガス注入管１０２と、前記ガス注入管１０２の下端部
に装着され、複数のホールを通してプラズマ発生ガスを
噴射するシャワーヘッド１１０と、前記シャワーヘッド
１１０の下方において、原料ガス注入管１０１の端部に
接続され、原料ガスをチャンバ１０７に供給するシャワ
ーリング１０３と、前記基板１０８を支持しかつ所定温
度に加熱するヒーター１０９とで構成されている。シャ
ワーヘッド１１０は遮蔽部材１０４により覆われてい
る。また、原料ガス及びプラズマ発生ガスの供給によ
り、基板１０８上に薄膜が蒸着される。
【０００４】ここで、チャンバ１０７上板において、前
記ガス注入管１０２が貫通する部位には、外部のＲＦ電
源（図示せず）が印加され、プラズマを発生させるため
の電極板が備わった絶縁部１０５が設けられている。ま
た、前記シャワーリング１０３はプラズマ発生装置と分
離されるように設けられた構造になっている。
【０００５】従来のプラズマ発生装置１００では、前記
シャワーヘッド１１０を通過するプラズマ発生ガスがシ
ャワーリング１０３に直接接触するために、プラズマに
よる温度上昇によって原料ガスの精密な温度調節が不可
能である。これは成長薄膜の膜質を低下させる原因にな
っている。また、大口径ウェーハを処理する場合には、
ウェーハ全面に原料ガスを均一に噴射することが難し
く、均一な薄膜の形成が不可能である。また、シャワー
リング１０３とウェーハまたは基板１０８の距離が大き
いため、原料ガスの蒸着効率が低下するという問題点を
内包している。
【０００６】前記のような問題点を解消するため、本願
出願人の大韓民国特許登録第９９−０２４３４４６号で
は、上下部に各々バッファ部を有する２段階のシャワー
ヘッドを備えてプラズマ内に噴射される原料ガスの分布
を一定に維持させることによって、ウェーハや基板に均
一な薄膜を形成できるプラズマ発生部を有するシャワー
ヘッド装置２００が提案された。
【０００７】図２は、そのシャワーヘッド装置２００の
概略図である。シャワーヘッド装置２００は第１バッフ
ァ部２０１ａ及び第２バッファ部２０２ａを有する２段
階の第１及び第２シャワーヘッド２０１、２０２を含
む。ここで、前記第１シャワーヘッド２０１の上部第１
バッファ部２０１ａでプラズマを発生させて、第２バッ
ファ部２０２ａを貫通するプラズマ噴射ホール２０１ｂ
を通してそのプラズマを基板２０３上に噴射する。そし
て、前記第２シャワーヘッド２０２の第２バッファ部２
０２ａに原料ガスを注入して、第２バッファ部２０２ａ
の底面板に形成された複数の原料ガス噴射ホール２０２
ｂを通してその原料ガスを噴射する構造を有する。従来
のシャワーヘッド装置２００では、第２バッファ部２０
２ａを貫通する長いプラズマ噴射ホール２０１ｂを通し
て、プラズマをチャンバに流入させる。そのため、陽イ
オン、電子及びラジカルなどのプラズマ構成粒子がプラ
ズマ噴射ホール２０１ｂを通過する際に相互衝突した
り、プラズマ噴射ホール２０１ｂの内壁と衝突する確率
及び回数が増えてエネルギーを消失する。これによって
プラズマ効率が低下するという短所がある。また第２バ
ッファ部２０２ａに形成された複数のプラズマ噴射ホー
ル２０２ｂによって第２バッファ部２０２ａ内に流入し
た原料ガスがその内部で甚だしく渦流を引き起こし、シ
ャワーヘッド装置２００内部を汚染し、多量のパーティ
クルを生じるという問題点を持っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明は
従来技術における諸般問題点を解決するために案出され
たものであり、その第１の目的はウェーハや基板に均一
な薄膜を形成できるラジカル蒸着のためのシャワーヘッ
ド装置を提供することにある。
【０００９】また、本発明の第２の目的は簡単な構造
で、かつ、比較的低温で高品質で薄膜を形成することの
できるラジカル蒸着のためのシャワーヘッド装置を提供
することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、原料ガス注入管から注入されるガスを
均等に分布させるように上下層に第１バッファ部を区画
し、かつ、前記第１バッファ部内に分布した原料ガスが
一定流速で噴射されるように形成された複数の原料ガス
噴射ホールを有する底面板を含む原料ガス噴射手段と、
前記原料ガス噴射手段との間にプラズマ発生ガスを均一
に分布させるための第２バッファ部を区画し、かつ、前
記第２バッファ部内に分布したプラズマ発生ガスを噴射
する複数のプラズマ発生ガス噴射ホール及び貫通ホール
を有する底面板を含むプラズマ発生ガス噴射手段と、前
記原料ガス噴射ホールと前記貫通ホールを連通させ、原
料ガスとプラズマ発生ガスとが混合しないように誘導す
る手段と、前記原料ガス噴射手段の底面板に外部のＲＦ
電源を印加するＲＦロードを含むＲＦ発生手段とを備え
るラジカル蒸着のためのシャワーヘッド装置を提供す
る。
【００１１】前記原料ガス噴射手段は、第１バッファ部
を上下層に区画し、上層空間部に分布した原料ガスを下
層の空間部に均一に分布させるために複数のホールが形
成された中間板を含むことが好ましい。
【００１２】前記原料ガス噴射手段の底面板に直立して
配置され、前記中間板の下側に下層空間部を形成するよ
うに、前記中間板を支持する支持ピンをさらに備えるこ
とが好ましい。
【００１３】前記原料ガス噴射手段の底面板が電極板で
構成されることが好ましい。前記ＲＦロードの外周面に
設けられた第１絶縁部材と、前記原料ガス噴射手段の第
１バッファ部の上部をカバーするように設けられた第２
絶縁部材と、前記プラズマ発生ガス噴射手段の第２バッ
ファ部の外周縁部に設けられ、第２バッファ部の上下幅
間隔を維持するための第３絶縁部材とをさらに含み、第
１〜第３絶縁部材は、原料ガス噴射手段の底面板に印加
されるＲＦ電源を電気的に絶縁させることが好ましい。
【００１４】前記第２絶縁部材を包むように設けられる
上部プレートと、その側面がチャンバに固定され、前記
上部プレート及び第３絶縁部材を支持する下部プレート
とをさらに含むことが好ましい。
【００１５】前記上部プレートに内蔵されて前記原料ガ
ス噴射手段の第１バッファ部に分布している原料ガスを
一定な温度に維持させるヒーティング手段をさらに含む
ことが好ましい。
【００１６】前記上部プレートと第２絶縁部材とを貫通
して原料ガス噴射手段の第１バッファ部に原料ガスを供
給するための原料ガス注入管と、前記原料ガス注入管の
所定位置に配置され、第１バッファ部に流入するガスの
流量を調節する流量調節器と、前記原料ガス噴射手段を
貫通してプラズマ発生ガス供給手段の第２バッファ部に
プラズマガスを供給するためのプラズマガス導入管とを
含むことが好ましい。
【００１７】前記原料ガス噴射手段の底面板に形成さ
れ、前記プラズマガス注入管と連通し、プラズマガス分
配ホールが形成された底部を有するプラズマガスバッフ
ァ部と、前記原料ガス噴射手段の底面板と第３絶縁部材
間に形成され、前記プラズマガス分配ホールと連通して
プラズマガスを第２バッファ部に流入させるためのガス
通路とをさらに含むことが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図３及び図４を参照しなが
ら本発明の一実施例のシャワーヘッド装置３００を詳細
に説明する。
【００１９】シャワーヘッド装置３００は、原料ガスと
プラズマ発生ガスとを相互分離して噴射し、プラズマを
利用して原料ガスを活性化させることによって薄膜の均
一性と膜質を高めることができるように具現された。シ
ャワーヘッド装置３００には、図３に図示したように、
ウェーハまたは基板３２を収容するチャンバ１０の内側
上部に設けられ、原料ガスの温度を均一に維持させる第
１ヒーター１２を収容したシャワーヘッド上部プレート
１１と、その側面がチャンバ１０に固定され前記上部プ
レート１１を支持する下部プレート１３と、前記上部プ
レート１１の中央部を貫通し、原料ガスを供給するため
の原料ガス注入管１４と、前記原料ガス注入管１４の所
定位置に配置され、原料ガスの流入量（流入速度）を調
節する流量調節器２７が設けられる。
【００２０】また、前記上部プレート１１の内部には、
原料ガス注入管１４から注入されるガスを均一に分布さ
せるために第１バッファ部１５ａが形成され、前記第１
バッファ部１５ａ内に分布した原料ガスが一定流速で噴
射されるようにその底面板１５ｂに複数の原料ガス噴射
ホール１５ｃが形成された第１シャワーヘッド１５が設
けられる。
【００２１】ここで、前記第１シャワーヘッド１５の底
面板１５ｂは、電極板で形成され、後述するＲＦ電源部
から印加されるＲＦによりプラズマを発生させる。ま
た、第１シャワーヘッド１５には、第１バッファ部１５
ａを上下層に区画し、かつ、上層空間部に分布した原料
ガスを下層の空間部に均一に分布させるために複数の排
出ホール１６ａが形成された中間板１６と、前記第１シ
ャワーヘッド１５の底面板１５ｂに直立するように設け
られ、前記中間板１６を支持して中間板１６の下側に下
層空間部を区画する支持ピン１７が備えられる。
【００２２】前記第１シャワーヘッド１５の下部には、
第２シャワーヘッド１８が配置される。第２シャワーヘ
ッド１８には、プラズマ発生ガスの流速分布を均等にす
るための第２バッファ部１８ａと、前記第２バッファ部
１８ａ内に分布したプラズマ発生ガスを噴射するため
に、複数のプラズマ発生ガス噴射ホール１８ｃが形成さ
れた底面板１８ｂとを有する。図４に図示したように、
前記第２シャワーヘッド１８の底面板１８ｂに形成され
たプラズマ発生ガス噴射ホール１８ｃ周囲には第１シャ
ワーヘッド１５の底面板１５ｂに形成された原料ガスホ
ール１５ｃと対向する貫通ホール１８ｄが形成されてい
る。
【００２３】前記第１シャワーヘッド１５の外部一側に
は、上部プレート１１を直立するように貫通して第１シ
ャワーヘッド１５の底面板１５ｂに外部のＲＦ電源を印
加するためのＲＦロード１９ａとＲＦコネクタ１９ｂと
を備えたＲＦ電源部１９が装着される。
【００２４】一方、前記原料ガスとプラズマ発生ガスと
が混合されないように誘導するために、原料ガス噴射ホ
ール１５ｃと貫通ホール１８ｄとを接続する絶縁体から
なる誘導管２０が設けられる。
【００２５】前記ＲＦ電源部１９のＲＦロード１９ａ外
周面には第１絶縁部材２１が設けられ、前記第１シャワ
ーヘッド１５の第１バッファ部１５ａ上部と上部プレー
ト１１間には前記第１バッファ部１５ａをカバーするた
めの第２絶縁部材２２が設けられる。また、前記第２シ
ャワーヘッド１８の第２バッファ部１８ａ外周縁部に
は、その上下幅間隔を維持するための第３絶縁部材２３
が設けられる。ここで、前記第２及び第３絶縁部材２
２、２３は下部プレート１３により支持され、また前記
第１〜第３絶縁部材２１、２２、２３は第１シャワーヘ
ッド１５の底面板１５ｂに印加されるＲＦ電源を電気的
に絶縁させる機能を有する。
【００２６】前記第１シャワーヘッド１５の底面板１５
ｂの外周面一側には第２シャワーヘッド１８の第２バッ
ファ部１８ａにプラズマガスを供給するためのプラズマ
ガス導入管２４が設けられる。また、前記プラズマガス
導入管２４と連通するように、第１シャワーヘッド１５
の底面板１５ｂ一側外周面には、その底部にプラズマガ
ス分配ホール２５ａが形成されたプラズマガスバッファ
部２５が形成され、前記第１シャワーヘッド１５の底面
板１５ｂと第３絶縁部材２３間には、前記プラズマガス
分配ホール２５ａと連通してプラズマガスを第２バッフ
ァ部１８ａに流入させるためのガス通路２６が形成され
る。
【００２７】チャンバ１０の下部には、チャンバ１０内
のガスを外部に排出するための排気ポート３１が配置さ
れる。また、チャンバ１０内には、基板３２を支持し、
前記基板３２に所定の熱源を提供する第２ヒーター３３
が収容される。基板３２には、前記第２シャワーヘッド
１８で噴射されるプラズマ発生ガスにより活性化された
原料ガスが蒸着して薄膜が形成される。
【００２８】一実施例のシャワーヘッド装置３００の作
用を詳細に説明する。まず、プラズマ発生ガス導入管２
４から提供されるガスがガスバッファ部２５のプラズマ
ガス分配ホール２５ａとガス通路２６とを通して第２シ
ャワーヘッド１８の第２バッファ部１８ａに導入され
る。ＲＦ電源部１９からの電源を前記ＲＦロード１９ａ
を通して前記第１シャワーヘッド１５の底面板１５ｂに
印加する。これによってプラズマを発生させる。前記生
じたプラズマは第２バッファ部１８ａ内から一定な圧力
分布で第２シャワーヘッド１８の底面板１８ｂに形成さ
れたプラズマ発生ガス噴射ホール１８ｃを通して基板３
２に噴射される。また、前記原料ガス注入管１４から原
料ガスが第１シャワーヘッド１５の第１バッファ部１５
ａに形成された上層空間部に導入されて、このガスは再
び中間板１６のホール１６ａを通して第１バッファ部１
５ａの下層空間部に流入して原料ガスの圧力が均等に分
布する。この時、前記上部プレート１１に内蔵されたヒ
ーターにより前記第１シャワーヘッド１５の第１バッフ
ァ部１５ａに分布している原料ガスの温度を一定に維持
させる。
【００２９】そして、前記第１シャワーヘッド１５の第
１バッファ部１５ａに分布している原料ガスは、第１シ
ャワーヘッド１５の底面板１５ｂに形成された原料ガス
噴射ホール１５ｃと第２シャワーヘッド１８の底面板１
８ｂに形成された貫通ホール１８ｄを連通させる誘導管
２０を通して基板３２上に噴射される。
【００３０】このように、第１シャワーヘッド１５の第
１バッファ部に分布してから誘導管２０を通過した原料
ガスと、第２シャワーヘッド１８のプラズマ発生ガス噴
射ホール１８ｃを通過したプラズマ発生ガスの中性ラジ
カルは、相互分離された状態で基板上に噴射される。こ
の過程で前記原料ガスと中性ラジカルの反応が防止さ
れ、パーティクル発生の主原因になる気相反応が抑制さ
れるので、ウェーハや基板３２に均一で優秀な膜質の薄
膜が形成される。
【００３１】本発明は前述した実施例及び添付された図
面に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で様々に
置換又は変更が可能なことは当業者において明白であ
る。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、プラズマ発生部と原料
ガス噴射部とが一体化された２段階構造のシャワーヘッ
ドを構成することによって、従来のプラズマを利用した
蒸着方法で問題であったイオン及び電子衝突、注入など
が防止される。また、原料ガスとして金属有機（ｍｅｔ
ａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｕｒｃｅ）または金属無機
（ｍｅｔａｌ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｕｒｃｅ）を
用いた場合、薄膜内に炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、塩素
（Ｃｌ）、ブロム（Ｂｒ）等のような不純物や多量のパ
ーティクルが混入するのが抑制される。また、シャワー
ヘッド装置から生じたラジカルがチャンバに流入する経
路を最少に維持してラジカルの効率を極大化できて、比
較的低温工程で高品質の薄膜を形成することができる。
従って、基板製造工程の信頼性は向上し、製品の製造収
率は向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のプラズマ化学気相蒸着装置の概略図。
【図２】 従来のシャワーヘッドの正面図。
【図３】 本発明の一実施形態によるラジカル蒸着のた
めのシャワーヘッド装置の断面図。
【図４】 図３のシャワーヘッド装置の底面板の平面
図。
【符号の説明】
１０：チャンバ １１：上部プレート １２：第１ヒーター １３：下部プレート １４：原料ガス注入管 １５：第１シャワーヘッド １５ａ：第１バッファ部 １５ｂ、１８ｂ：底面板 １５ｃ：原料ガス噴射ホール １６：中間板 １７：支持ピン １８：第２シャワーヘッド １８ａ：第２バッファ １８ｃ：プラズマ発生ガス噴射ホール １８ｄ：貫通ホール １９：ＲＦ電源部 １９ａ：ＲＦロード １９ｂ：ＲＦコネクタ ２０：誘導管 ２１、２２、２３：第１、第２、第３絶縁部材 ２４：プラズマガス注入管 ２５：プラズマガスバッファ部 ２５ａ：プラズマガス分配ホール ２６：ガス通路 ２７：流量調節器 ３１：排気ポート ３２：基板 ３３：第２ヒーター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 朴 相 俊 大韓民国 大田市 西区 屯山２洞 909 番地 ソジュン タウン 11−1501 (72)発明者 羅 ▲寛▼ 球 大韓民国 忠清北道 清州市 興徳区 佳 景洞 1506番地 眞露 アパートメント 105−1101 (72)発明者 金 尚 浩 大韓民国 大田市 儒城区 田民洞 エキ スポ アパートメント 206−506

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 原料ガス注入管から注入されるガスを均
    等に分布させるように上下層に第１バッファ部を区画
    し、かつ、前記第１バッファ部内に分布した原料ガスが
    一定流速で噴射されるように形成された複数の原料ガス
    噴射ホールを有する底面板を含む原料ガス噴射手段と、 前記原料ガス噴射手段との間にプラズマ発生ガスを均一
    に分布させるための第２バッファ部を区画し、かつ、前
    記第２バッファ部内に分布したプラズマ発生ガスを噴射
    する複数のプラズマ発生ガス噴射ホール及び貫通ホール
    を有する底面板を含むプラズマ発生ガス噴射手段と、 前記原料ガス噴射ホールと前記貫通ホールとを連通さ
    せ、前記原料ガスと前記プラズマ発生ガスとが混合しな
    いように誘導する手段と、 前記原料ガス噴射手段の底面板に外部のＲＦ電源を印加
    するＲＦロードを含むＲＦ発生手段とを備えることを特
    徴とするラジカル蒸着のためのシャワーヘッド装置。
  2. 【請求項２】 前記原料ガス噴射手段は、 第１バッファ部を上下層に区画し、上層空間部に分布し
    た原料ガスを下層の空間部に均一に分布させるために複
    数のホールが形成された中間板を含むことを特徴とする
    請求項１に記載のラジカル蒸着のためのシャワーヘッド
    装置。
  3. 【請求項３】 前記原料ガス噴射手段の底面板に直立し
    て配置され、前記中間板の下側に下層空間部を形成する
    ように、前記中間板を支持する支持ピンをさらに備える
    ことを特徴とする請求項２に記載のラジカル蒸着のため
    のシャワーヘッド装置。
  4. 【請求項４】 前記原料ガス噴射手段の底面板が電極板
    で構成されたことを特徴とする請求項１に記載のラジカ
    ル蒸着のためのシャワーヘッド装置。
  5. 【請求項５】 前記ＲＦロードの外周面に設けられた第
    １絶縁部材と、 前記原料ガス噴射手段の第１バッファ部の上部をカバー
    するように設けられた第２絶縁部材と、 前記プラズマ発生ガス噴射手段の第２バッファ部の外周
    縁部に設けられ、第２バッファ部の上下幅間隔を維持す
    るための第３絶縁部材とをさらに含み、 第１〜第３絶縁部材は、原料ガス噴射手段の底面板に印
    加されるＲＦ電源を電気的に絶縁させることを特徴とす
    る請求項１に記載のラジカル蒸着のためのシャワーヘッ
    ド装置。
  6. 【請求項６】 前記第２絶縁部材を包むように設けられ
    る上部プレートと、その側面がチャンバに固定され、前
    記上部プレート及び第３絶縁部材を支持する下部プレー
    トとをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の
    ラジカル蒸着のためのシャワーヘッド装置。
  7. 【請求項７】 前記上部プレートに内蔵されて前記原料
    ガス噴射手段の第１バッファ部に分布している原料ガス
    を一定な温度に維持させるヒーティング手段をさらに備
    えることを特徴とする請求項６に記載のラジカル蒸着の
    ためのシャワーヘッド装置。
  8. 【請求項８】 前記上部プレートと第２絶縁部材とを貫
    通して原料ガス噴射手段の第１バッファ部に原料ガスを
    供給するための原料ガス注入管と、 前記原料ガス注入管の所定位置に配置され、第１バッフ
    ァ部に流入するガスの流量を調節する流量調節器と、 前記原料ガス噴射手段を貫通してプラズマ発生ガス供給
    手段の第２バッファ部にプラズマガスを供給するための
    プラズマガス導入管とをさらに備えることを特徴とする
    請求項１〜７のいずれか一項に記載のラジカル蒸着のた
    めのシャワーヘッド装置。
  9. 【請求項９】 前記原料ガス噴射手段の底面板に形成さ
    れ、前記プラズマガス注入管と連通し、プラズマガス分
    配ホールが形成された底部を有するプラズマガスバッフ
    ァ部と、 前記原料ガス噴射手段の底面板と第３絶縁部材間に形成
    され、前記プラズマガス分配ホールと連通してプラズマ
    ガスを第２バッファ部に流入させるためのガス通路とを
    さらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか
    一項に記載のラジカル蒸着のためのシャワーヘッド装
    置。
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