KR0137593B1 - 오존고압 산화방법 - Google Patents

오존고압 산화방법

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KR0137593B1 KR1019940028976A KR19940028976A KR0137593B1 KR 0137593 B1 KR0137593 B1 KR 0137593B1 KR 1019940028976 A KR1019940028976 A KR 1019940028976A KR 19940028976 A KR19940028976 A KR 19940028976A KR 0137593 B1 KR0137593 B1 KR 0137593B1
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Abstract

본 발명 반도체 소자제조용 절연막을 제조하기 위한 장치에 관한 것으로 특히 산화막 성장속도를 빠르게 할 뿐만아니라 저온에서도 박막 균일도가 우수한 산화막을 형성하거나 저온에서 열처리를 하기 위한 오존고압 산화방법에 관한 것이다.
종래의 열산화 방법은 800℃이하의 온도에서 열산화막을 성장시킬 경우 너무 성장속도가 느리며 공정이 어렵고, 600℃이하의 저온절연막 방법은 실리콘 기판과 산화막 사이의 계면을 불균일하고 전기적인 특성과 박막의 균일도가 좋지 못한 문제점 등이 발생하였다.
본 발명은 상술한 문제점들을 극복하기 위한 것으로 공정가스로 오존(O3)과 산소를 사용하고 여기에 자외선을 조사하므로써 산화속도를 증가시키고 보다 낮은 온도에서 양질의 산화막이 성장되도록 한 것이다.

Description

오존고압 산화방법
도면은 본 발명의 종형(vertical type)고압 산화장치.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1:석영보트(Quartz Boat)
12:반응가스 주입구(Process Gass injector)
13:석영반응로(Quartx Tube:25기압)
14:가압용기(Stainless Pressure Vessel:25.5기압)
15:보트반송챔버(Boat Elevator Chamber)
16:보트반송기구(Boat Elevator Chamber)
20:오존발생기(Ozonizer)
30:자외선램프(UV Lamp)
본 발명은 반도체 소자제조용 절연막을 제조하기 위한 장치에 관한 것으로서 구체적으로는 고압분위기에서 오존(O3)과 산소(O2)를 공정가스로 사용하고, 또 자외광(UV:Ultra Violet)의 조사에 의해 산화막 성장속도를 빠르게 할 뿐만아니라 저온에서도 박막 균일도가 우수한 산화막을 형성하거나 저온에서 열처리를 하기 위한 장치에 관한 것이다.
다결정 실리콘 박막트랜지스터(Poly-Si TFT)의 특성은 다결정 실리콘 박막과 함께 게이트 절연막의 특성과 제작법에 현저하게 영향을 받는다.
특히 값비싼 석영유리(Quartz)기판 대신에 값싼 유리(glass)기판을 사용하기 위해서는 유리의 연화온도인 약 600℃이하의 저온공정이 필요하다.
종래의 열산화 기술로 800℃이하의 온도에서 열산화막을 성장시킬 경우 너무 성장속도가 느리고 공정이 어렵기 때문에 저온절연막을 주로 플라즈마 화학기상 증착법(PECVD; Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition), 저압화학기상 증착법(LPCVD; Low Pressure Chemical Vapour Deposition), 또는 스퍼터(sputter)법에 의해 600℃이하의 저온에서 형성하여 왔다.
그러나, 이러한 종래의 제조방법은 플라즈마(plasma)에 인해 발생되는 하전입자(charge particle)들에 의해 소자에 손상을 주게 된다. 또한, 형성된 산화막은 실리콘기판과 산화막 사이의 계면이 불균일하여 전기적인 특성, 즉 파괴전압(Breakdown Voltage)이 낮고 계면전하 밀도가 높을 뿐만아니라 박막의 균일도가 좋지 못한 등의 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해소하기 위한 것으로 오존발생기(Ozonizer)와 자외선(UV; Ultra Violet)램프를 사용하여 오존의 강한 산화력으로 600℃이하의 온도에서 빠른 산화가 이루어질 수 있도록 한 오존고압 산화장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 또다른 목적으로는 계면의 불균일성을 개선하여 전기적인 특성, 즉 파괴전압(Breakdown Voltage)이 높고, 계면전하밀도가 낮은 박막을 형성하는 고압산화장치 및 방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징으로는 시편을 석영반응로내에 위치시킨 후 질소가스를 흘려 설정온도 550℃로 가열하는 가열공정과, 상기 가열공정후 고압가압 용기내에는 질소가스를 석영반응로 내에는 공정가스(O3/O2)을 주입하는 가압공정을 통해 설정압력이 20기압이고 500∼600℃인 설정온도에서 산화막을 성장시킨다.
이에 따른 실시예로 상기 공정가스중 오존은 오존발생기로 부터 공급되며 유량이 3SLM이고 농도(O3/O2)가 10wt%이다.
상기 가압공정시 고압가압용기의 압력과 석영반응로의 압력차를 0.6기압이하로, 조절하여 반응로의 파열을 방지한다.
상기 가압공정중 반응로내에 오존을 공급하기 전에 오존발생기에서 발생한 오존에 자외선을 조사하는 자외선 조사공정을 부가한다.
본 발명의 또다른 특징으로는 시편을 석영반응로 내에서 질소가스를 흘려 550℃로 가열하는 가열공정과, 상기 가열공정후 고압가압 용기 내에는 질소가스를 석영반응로 내에는 공정가스로 자외선을 조사시킨 오존(O3)가스와 유지계 실리콘 원료를 함께 주입하는 가압공정을 통해 400℃이하의 설정온도에서 산화막을 성장시킨다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예 및 작용효과를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명한다.
본 발명의 구성은 크게 종형고압 산화로와 오존발생기 및 UV램프등으로 구성된다.
종형고압 산화로는 종래의 횡형고압 산화로에서 발생하는 웨이퍼상의 공정균일도 문제를 해결하기 위한 것이다.
산화막을 성장시키기 위해서는 먼저 실험시편인 실리콘 웨이퍼를 보트반송 챔버(boat elevator chamber)(15)내의 석영보트(11)에 장착시킨 후 고압산화로의 보트반송기구(16)에 의해 석영반응로(13)내로 이동시킨다.
가압용기(14)내의 석영반응로(13)내에 보트가 안정하게 정착되면 우선 석영반응로(13)내부로 질소(N2)가스를 흘리면서 설정온도 550℃에 이를때까지 가열한다.
온도가 설정온도(550℃)에 도달하면 고압가압용기(14)내에는 질소(N2)가스를, 석영반응로(13)내에는 공정가스(O3/O2)를 주입하여 가압시킨다.
이때 오존은 오존 발생기(ozonizer)(20)를 통하여 공급되는데 유량은 3SLM이고 농도(O3/O2)는 10wt%이다.
이때 석영반응로의 파열을 방지하기 위해 고압용기 압력과 석영반응로와의 압력차이를 0.6기압이 넘지 않도록 조절한다.
설정된 압력인 20기압의 고압으로 가압되면 과포화된 공정가스 분위기로 인해 대기압 공정의 경우 보다 훨씬 두꺼운 즉, 대기압 공정 경우의 온도(900℃이상)에 상당하는 산화막이 성장되므로 500∼600℃범위의 산화 설정온도에서 산화막을 성장시킬 수 있다.
박막의 두께는 압력과 산화온도 및 시간 등의 변수로써 조절이 가능하며 공정제어기(process controller)에 의해 압력 및 온도가 아이들(idle)상태로 복귀될 수 있다.
산화성장이 끝나면 압력을 낮추는데 이때도 고압용기와 석영반으로의 압력차를 0.6기압 이하로 유지시킨다.
이때, 온도도 압력을 낮춤과 동시에 낮춘다.
압력이 대기압으로 떨어지면 오존/산소가스를 질소가스로 바꾸어 석영반응로 안으로 주입시킨다.
웨이퍼의 반출은 보트반송 챔버에서 질소가스에 의해 웨이퍼를 냉각시킨 후 이를 로봇 등을 이용하여 외부로 반송한다.
설정산화 온도에서 O3가스를 오존발생기로부터 석영반응관내로 주입하면 O2보다도 활성인 O3의 첨가에 의해 라디컬(radical)의 발생량이 증가되어 산화막의 성장속도가 빠르거나 산소가스를 사용하는 경우보다도 더욱 낮은 온도에서 산화막을 성장시킬 수 있다.
또한, 종래의 산소가스에 자외광(UV)을 조사하면 여기상태(excitation state)의 산소원자가 생성되어 700℃정도의 낮은 온도에서도 실리콘 표면과의 반응에 의하여 그 표면에 산화막을 형성하는 것이 가능하다.
그런데, UV/O3계를 사용하면 O3원자는 254nm의 자외광 성분에 의해 다음식과 같이
O3+hv(254nm)→O2+O(1P)
여기상태의 산소를 생성시켜 600℃이하의 낮은 온도에서 산화막 형성이 가능하고, 이것을 다시 고압분위기에서 반응시키면 산화속도가 증가되어 더욱 낮은 온도에서도 양질의 산화막 형성이 가능하다.
또한 기존의 증착법으로 형성된 절연막을 상기의 오존고압 분위기에서 열처리함으로써 절연파괴 전압을 높이고 누설전류도 감소시킬 수 있다.
또한 자외선이 조사된 O3가스와 함께 유기계 실리콘 원료를 사용하면 400℃이하의 온도에서 양질의 산화막 성장이 가능하다.
상기 유기계 실리콘 원료의 대표적인 예로는 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate; Si(OC2H5), OMCTS(Octa Methyl Cyclo Tetra Siloxane; Si4C8H24O4), TMOS(Tetra MethOxy Silane; Si4C4H12O6), DADBS(Di Acetoxy Ditetiary Butoxy Silane; Si4C12H24O4)등을 들 수 있다.
즉, 본 발명은 상술한 작용으로 600℃이하의 온도에서도 빠른 산화가 이루어질 뿐만아니라 계면의 불균일성을 개선하여 파괴전압이 높고 계면전하가 낮은 전기적인 특성이 우수한 박막을 형성할 수 있는 것이다.

Claims (4)

  1. 시편을 석영반응로내에 위치시킨 후 질소가스를 흘려 설정온도 550℃로 가열하는 가열공정과,
    상기 가열공정후 고압가압 용기내에는 질소가스를 석영반응로 내에는 공정가스(O3/O2)을 주입하는 가압공정을 통해 설정압력이 20기압이고 500∼600℃인 설정온도에서 산화막을 성장시키는 산화막 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공정가스중 오존은 오존발생기로 부터 공급되며 유량이 3SLM이고 농도(O3/O2)가 10wt%인 오존고압 산화방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가압공정중 반응로내에 오존을 공급하기 전에 오존발생기에서 발생한 오존에 자외선을 조사하는 자외선 조사공정을 부가한 오존고압 산화방법.
  4. 시편을 석영반응로 내에서 질소가스를 흘려 550℃로 가열하는 가열공정과,
    상기 가열공정후 고압가압 용기내에는 질소가스를 석영반응로 내에는 공정가스로 자외광을 조사시킨 오존(O3)가스와 유기계 실리콘 원료를 함께 주입하는 가압공정을 통해 400℃이하의 설정온도에서 산화막을 성장시키는 산화막 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100706790B1 (ko) * 2005-12-01 2007-04-12 삼성전자주식회사 산화 처리 장치 및 방법
KR100898113B1 (ko) * 2006-07-24 2009-05-18 이엔에프씨 주식회사 공기정화 촉매 및 제조방법

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