KR100241171B1 - 플라즈마 강화 화학적 처리 장치 및 그 장치를 작동시키는 방법 - Google Patents

플라즈마 강화 화학적 처리 장치 및 그 장치를 작동시키는 방법 Download PDF

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Abstract

플라즈마 강화 화학 공정 반응로와 그 작동 방법. 상기 반응로는 제1가스 주입 분기관을 포함하는 플라즈마 챔버와 전자기 에너지원을 포함한다. 공정 챔버에 연결되는 상기 플라즈마 챔버는 웨이퍼 지지대와 제2가스 분기관을 포함한다. 상기 플라즈마 챔버에 발생된 플라즈마는 상기 공정 챔버로 연장하고, 상기 웨이퍼 상에 재료층을 증착하기 위해 반응 가스와 상호 작용 한다. 상기 반응로는 또한 상기 반응로를 진공으로 하기 위한 진공 시스템을 포함한다. 상기 방법은 상기 플라즈마 챔버에 플라즈마를 발생시키는 단계와, 상기 웨이퍼 지지대에 근접하여 상기 공정 챔버에 적어도 한가지 가스 화학 물질을 인입하는 단계와, 상기 웨이퍼 지지대에 근접하는 영역에 상기 플라즈마의 확산을 유도하도록 r.f. 기울기를 제공하는 단계를 포함한다.

Description

플라즈마 강화 화학적 처리 장치 및 그 장치를 작동시키는 방법
제1도는 본 발명의 한 실시예에 따른 반응로의 부분 분해 조립도.
제2도는 제1도에 도시된 반응로의 플라즈마 챔버와 처리 챔버의 확대된 부분 분해 단면도.
제3(a)도는 본 발명의 한 실시예에 따른 제1가스 주입 분기관의 단면도.
제3(b)도는 상기 제1가스 주입 분기관의 하부 평면도.
제3(c)도는 제3(a)도의 상기 분기관에 있는 홀의 확대된 단면도.
제4도는 본 발명에 따른 제2가스 주입 분기관의 한 실시예의 부분 분해된 정면도.
제5(a)도는 상기 반응로에 장착된 기판 지지대를 도시하는 상부 평면도.
제5(b)도는 본 발명에 따른 반응로에 장착되고, 부분 분해된 상기 기판 지지대의 선택적인 실시예를 도시하는 도면.
제6도는 본 발명에 따른 상기 기판 지지대와 운반 어셈블리를 도시하는 확대된 측면 입면도.
제7도는 본 발명의 반응로의 단면도로서 펌프의 축상의 배치에 대응하는 시스템에서의 가스의 흐름을 도시하는 도면.
제8도는 본 발명의 선택적인 실시예에 따른 다수의 반응로를 가진 PECVD 장치를 도시하는 간략화된 블록도.
제9도는 기판 지지 바이어스 전원의 함수로서 스퍼터링 속도를 도시하는 도면.
제10(a)도와 제10(b)도는 본 발명의 반응로에서 처리된 반도체 기판의 표면 위상의 단면도.
제11도는 제공된 r.f. 바이어스의 함수로서 실란 흐름당 증착 속도를 도시하는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 반응로 16 : 처리 챔버
18 : 플라즈마 챔버 15,17 : 가스 주입 분기관
20 : 웨이퍼 지지대 26 : 진공 펌프
본 발명은 반도체 집적 회로를 처리하기 위한 장치와 그 작동 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD), 필름 에칭백, 반응로 자기 세척, 및 동시 에칭과 증착에 의해 집적 회로의 표면상에 균일한 필름 또는 층의 증착을 포함한 처리 작업을 수행할 수 있는 플라즈마 강화 화학적 처리 장치와 그 작동 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼와 기타 집적 회로(IC)의 처리는 중요한 제조 단계, 이를테면 소자 구성요소, 상호연결 라인, 유전체, 절연체 장벽 및 기타 그와 같은 것을 형성하기 위해 웨이퍼 표면을 에칭하는 단계와 반도체 기판 상에 재료층을 증착하는 단계를 포함한다. 여러 가지 장치들이 재료층과 기타 그와 같은 것을 증착하기 위해 사용되고, 가끔 그런 층은 화학 기상 증착(CVD)에 의해 형성된다. 종래의 열 CVD 처리는 특정 가스 화학 물질의 열반응에 의해 웨이퍼의 표면상에 안정된 화학적 화합물을 증착한다. 종래에는 저압 CVD 장치와 대기압 CVD 장치를 포함한 여러 가지의 CVD 처리 장치가 사용되었다.
최근들어, 플라즈마 강화(때때로 플라즈마 보조라고 함) CVD 장치(PECVD)가 발전되어 왔다. PECVD 장치는 일반적으로 가스 화학 물질의 분열과 이온화에 의해 작동한다. 상기 플라즈마와 결합되는 고온 전자는 상기 웨이퍼 기판 상의 증착에 유용한 해리물의 밀도를 증가시킨다. 따라서, 그런 장치는 종래의 열 CVD 장치보다 저온에서 작동될 수 있다. 그런 저온 처리는 바람직하게 상기 집적 회로에 포함된 얕은 접합의 확산과 금속의 내부 확산을 최소화한다. 더욱이, PECVD 시스템은 소자 밀도가 증가할 때 적층 소자 형태를 절연시키기 위해 사용되는 다중 유전체층을 형성하기에 적당하다. 그런 다중 유전체층을 형성할 때 좋은 가스 충전(fill), 절연, 스트레스, 및 스텝 커버리지 특성을 가진 층을 제공하는 것은 바람직하다. 이런 특성은 소자 크기가 줄어들 때 달성하기에 더욱 어렵다.
PECVD 장치에서, 반응로는 일반적으로 상기 반도체 처리 동안에 저압에서 작동된다. 그런 저압은 앞으로 다루어질 특정의 가스 흐름 동력을 제공한다. 저압 때문에, 상기 활성물의 충돌 속도는 상대적으로 낮아지고, 상기 활성물의 평균 자유 경로는 상대적으로 길어진다. 따라서, 상기 웨이퍼를 가로질러 상기 처리 챔버 및 배출 장치에 균일하게 제어된 가스를 흘릴 수 있는 반응로를 제공하는 것은 바람직하며, 그러므로 상기 웨이퍼의 균일한 처리를 제공한다. 더욱이, 다른 작동 압력이 여러 가지 공정을 위해 사용될 수 있으므로, 상기 반응로는 더 큰 압력 범위에 걸쳐 작동될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 반응로의 세척은 장치의 효과적인 작용에서 중요한 역할을 한다. 상기 반응물은 상기 챔버의 벽, 작동 부품, 및 상기 기판의 표면상에 증착된다. 그런 증착물은 상기 장치의 작동에 영향을 끼치고, 상기 장치의 플라즈마 전위에 영향을 끼칠 수 있고, 또한 상기 증착 필름을 오염시키는 심각한 미립자 오염원이 된다. 따라서 자기 세척할 수 있는 반응로를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 반도체 웨이퍼와 집적 회로를 처리하기 위한 반응로를 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 PECVD에 의해 웨이퍼 표면상에 필름 또는 층을 증착함으로써 웨이퍼를 처리하기 위한 개선된 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광범위한 압력 범위 상에서 작동할 수 있는 처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 목표된 필름을 증착하고, 동시에 필름을 에칭할 수 있는 처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 자기 세척을 할 수 있는 처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 웨이퍼 상에 증착된 필름의 품질을 개선시키는 처리장치를 제공하는 것이다.
전술한 바와 같은 목적은 여기에서 기술된 일반적으로 처리 챔버와 통해 있는 플라즈마 챔버를 포함한 처리장치에 의해 달성된다. 상기 플라즈마 챔버는 적어도 제1가스를 수용하기 위한 제1가스 주입 분기관과, 플라즈마를 형성하기 위해 상기 가스를 여기하는 전자기 에너지원을 포함한다. 상기 처리 챔 버는 처리될 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 지지대와, 상기 웨이퍼 지지대를 둘러싸고 반응 가스를 상기 웨이퍼 지지대 쪽으로 직접 향하게 하는 제2가스 분기관을 포함한다. 플라즈마 챔버에서 발생된 상기 플라즈마는 처리 챔버로 연장하고, 상기 웨이퍼 상에 재료층을 증착하도록 상기 반응 가스와 상호작용 한다. 진공 시스템은 처리장치를 진공으로 하기 위해 상기 처리 챔버와 통해 있다.
본 발명은 또한 상기 처리 챔버에 배치된 웨이퍼 지지대와 함께 플라즈마 챔버와 처리 챔버를 가지는 플라즈마 처리장치를 작동시키는 방법을 포함하는데, 상기 작동 방법은, 상기 웨이퍼 지지대에 근접한 상기 처리 챔버에 적어도 한가지의 가스 화학 물질을 도입하고, 상기 지지대에 근접하는 영역에 상기 플라즈마의 확산을 유도하는 r.f. 기울기를 제공하도록 상기 플라즈마 챔버에 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함하고, 상기 플라즈마와 가스 화학 물질은 상기 웨이퍼의 표면상에 재료층을 형성하도록 웨이퍼 지지대에 근접하여 상호 반응한다.
상기 본 발명은 도면을 참고로한 이하의 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
도면에서 부품은 참조 부호에 의해 나타내는데, 제1도와 제2도는 본 발명에 따른 반응로의 일실시예를 제시한다. 제1도는 본 발명의 조립도로서, 반응로(10)는 일반적으로 플라즈마 어셈블리(11)와 처리 챔버(16)를 포함한다. 상기 플라즈마 어셈블리(11)는 플라즈마 발생원(12)을 포함하는데, 상기 발생원(12)의 내부는 플라즈마 챔버(18)를 형성하고, 제1가스 주입 분기관(15)은 상기 챔버의 상부를 형성한다. 상기 제1분기관(15)은 플라즈마 챔버(18)에 적어도 한가지의 가스 화학 물질을 운반한다. 상기 플라즈마 어셈블리(11)는 처리 챔버(16)에 효과적으로 부착된다. 일반적으로 제2가스 주입 분기관(17)을 포함하는 처리 챔버(16)는 가스 운반 라인(도시안됨)을 통해 적어도 제2가스 화학 물질을 수용하기 위해 처리 챔버(16)에 장착된다. 바람직하게, 상기 가스 주입 분기관(17)은 처리 챔버(16)의 벽을 따라 장착되어 있는 외부 주변 표면과 함께 상기 챔버(16)의 상부에 인접하게 장착되어 동시에 링을 형성한다. 또한, 웨이퍼를 지지하기 위한 수평 웨이퍼 지지대(20)(가끔 “척(chuck)”으로 참조됨)가 챔버내에 배치된다. 바람직하게, 웨이퍼 지지대(20)는 아암 부재(21)에 의해 챔버(16)에 부착되어 상기 처리 챔버(16)내에 부유된다. 웨이퍼(24)는 상기 웨이퍼(24)의 표면이 위쪽으로 향하도록 상기 웨이퍼 지지대(20)에 배치된다. 상기 웨이퍼 지지대(20)는 정합 네트워크(22)를 통해 발생기(23)로부터 r.f. 에너지를 제공함으로써 바이어스 될 수 있다.
진공 장치가 상기 반응로(10)를 진공화하기 위해 제공된다. 진공 펌프(26)는 포트(25)에 의해 처리 챔버(16)에 효과적으로 결합된다. 바람직하게, 상기 처리 챔버(16)(“축상의 펌프”로 참조됨)와 함께 축방향으로 정렬된 진공 펌프(26)는 상기 반응로(10)의 가스와 플라즈마의 개선된 흐름 제어를 제공한다. 아래에서 상세하게 논의된 바와 같이, 상기 부유된 웨이퍼 지지대(20)와 유일한 가스 분포 장치를 형성하는 상기 축상의 펌프는 상기 반응로(10)의 균형있는 가스의 흐름을 제공하고, 특히 균일한 증착 및/또는 상기 웨이퍼(24)를 가로지르는 에칭을 증진시키도록 디자인된다.
본 발명의 반응로는 증착, 필름 에칭백, 반응로 자기 세척 및 동시에 에칭과 증착 단계를 포함한 여러 가지의 공정 작용을 수행하기 위해 개조된 것이다. 상기 증착 작용의 바람직한 실시예에서, 실란 및 산소와 아르곤의 혼합물이 제2가스 주입 분기관(17)을 통해 상기 처리 챔버(16)에 운반된다. 상기 증착 작용 동안에, 상기 제1가스 주입 분기관은 작용하지 않을 수 있는데, 이런 구성에서 산소와 아르곤 분자는 상기 가스가 원래 주입된 상기 처리 챔버(16)로부터 상기 플라즈마 챔버(18)로 이동하고, 플라즈마 챔버(18)에서 이온화된다. 선택적으로, 상기 제1가스 주입 분기관(15)이 작용될 수 있는데, 이때 산소와 아르곤이 제1가스 분기관(15)을 통해 상기 플라즈마 챔버에 운반된다. 더욱이 또다른 실시예에서, 산소와 아르곤이 상기 제1가스 주입 분기관(15)과 제2가스 주입 분기관(17) 모두를 통해 운반된다.
반응로 자기 세척 작동 동안에, CF4, C2F4또는 NH3과 같은 화학물질이 제1가스 주입 분기관(15)을 통해 상기 플라즈마 챔버에 주입되는데, 이때 상기 가스는 이온화되어 상기 챔버(16과 18)와 결합된 구성요소의 표면상에 원치않는 증착물을 제거하기 위해 상기 반응로(10)를 통해 흐른다. 선택적으로, 상기 세척 화학 물질이 제2가스 주입 분기관(17)을 통해 상기 반응로에 주입되거나 상기 제1가스 주입 분기관(15)과 제2가스 주입 분기관(17) 모두에 의해 운반될 수 있다. 더욱이, 상기 반응로는 동시에 에칭/증착 작용을 위해 상기 웨이퍼 지지대에서 유도된 r.f.와 dc 바이어스의 인가를 위해 변형된다.
상기 플라즈마 챔버 어셈블리(11)는 제2도와 관련하여 더욱 상세히 이해될 수 있다. 플라즈마 어셈블리(11)는 일반적으로 상기 플라즈마 챔버(18)에 플라즈마를 발생하기 위한 “플라즈마원”으로서 참조되는 전자기 에너지원(12)을 포함한다. 바람직하게 상기 플라즈마원(12)은 유도 결합된 플라즈마(inductively coupled plasm : ICP)와 같이 종래의 기술로 분류한 형태이다. 제2도에 도시된 바와 같은 바람직한 실시예에서, 상기 플라즈마원(12)은 원통형이고, 금속으로 형성된 나선형 코일(13)과 비자성 재료로 형성된 슬롯형 정전 차폐부(19)를 포함한다. 상기 코일(13)과 차폐부(19)는 내부(27) 벽과 외부(28) 벽을 가지는 밀폐체에 수용된다. 바람직하게, 상기 내부 벽(27)은 수정 또는 세라믹과 같이 낮은 손실 절연 재료로 형성되고, 상기 외부 벽은 금속으로 될 수 있다. 상기 플라즈마 챔버(18)에서 발생된 플라즈마는 상기 플라즈마원(12)에 형성된다. 이런 플라즈마원(12)의 바람직한 실시예는 본 명세서에 참고로 인용된 미합중국 특허 제 5,234,529호에 더욱 상세히 기술된다.
횡적으로 연장하고 주변으로 다수의 일정 간격 슬릿(33)이 상기 차폐부(19)에 형성된다. 상기 차폐부(19)는 정전 전장을 분리하기 위해 사용된다. 상기 차폐부(19)는 상기 플라즈마가 발생된 상기 코일(13)과 상기 플라즈마 챔버(18) 사이의 정전 결합장을 감소시킨다. 한 실시예에서, 상기 플라즈마원(12)과 차폐부(19)는 모든 정전적 구성요소를 완전히 차폐하려고 한다. 바람직하게 상기 차폐부(19)는 접지된다. 상기 플라즈마와 매우 효과적으로 결합하는 정전 결합장은 크고, 일반적으로 제어할 수 없는 r.f. 플라즈마 전위를 생성한다. 그런 플라즈마는 “열(hot) 플라즈마”로서 참조된다. 상기 핫 플라즈마는 매우 높은 플라즈마 미립자 에너지, 특히 높은 전위 온도(Te)를 포함한다. 상기 얻어진 높은 플라즈마 전위는 상기 반응로 벽과 상기 반응로의 다른 구성요소를 향하는 높은 에너지 미립자의 공격에 의해 상기 반응로를 손상시킨다. 이는 상기 반응로의 수명을 감소시키고, 가끔 증착 필름으로 종결하여 상기 웨이퍼를 훼손시키는 금속 미립자 오염물을 형성한다. 상기 차폐부(19)를 사용함으로써, 상기 정전 결합은 상기 차폐부(19)에 있는 슬롯 개구부(33)를 변화시켜 바람직한 양으로 감소되고, 상기 정전 결합의 양은 상기 인가에 의존하여 변화될 수 있다. 예를들면, 상기 반응로(10)가 상기 반응로(10)의 표면에 있는 원치않는 증착물을 제거하기 위해 세척되는 세척 작용 동안에, 급속 세척을 증진하기 위한 더 높은 에너지 플라즈마를 형성하도록 더 큰 정전 결합이 사용될 수 있다.
상기 플라즈마를 발생하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따르면, 적어도 한가지의 가스가 제1가스 주입 분기관(15)에 의해 상기 플라즈마 챔버(18)에 운반된다. 상기 r.f. 에너지(14)는 플라즈마 상태로 상기 플라즈마 챔버(18)에 상기 가스를 여기시키기 위해 플라즈마 챔버(18) 주위에 배열된 코일(13)을 통해 플라즈마원(12)으로 향하게 된다. 플라즈마 상태로 인도된 가스 분자의 대부분은 이온화된 원자를 포함한 반응물을 형성하도록 분리된다. 바람직하게 1011/cm3보다 더 큰 고밀도 플라즈마(high density plasma : HDP)로서 참조된 이온밀도가 얻어진다. 상기 r.f. 에너지의 주파수는 통상의 표준 주파수인 13.56MHz가 되는 것이 바람직하다. 발생기(14)는 전형적으로 50ohm 표준 임피던스에서 작동하고, 종래에 공지된 정합 네트워크(14a)는 상기 플라즈마원(12)에서 상기 r.f. 에너지가 효과적으로 결합하도록 한다. 선택적으로, 가스는 제2가스 주입 분기관(17)을 통해 상기 처리 챔버(16)에 운반되고, 상기 가스는 상기 플라즈마 챔버(18)로 이동하여 전술한 바와 같은 플라즈마 상태로 여기된다.
다시 제2도를 참조하면, 상기 제1가스 분기관(15)은 상기 플라즈마 어셈블리상에 조립된 것처럼 도시된다. 제3(a)도에 관련하여 이해되는 추가 상세도는 상기 분기관(15)의 단면도를 도시한다. 이 실시예에서, 제1가스 분기관(15)은 원형이고, 상기 플라즈마 어셈블리(12)의 내부 주변 표면에 부착된다. 상기 분기관(15)은 상기 분기관 베이스(30)에 형성된 다수의 가스 인렛(inlet) 통로(32a와 32b)를 포함한다. 상기 분기관(15)에 가스 화학 물질을 운반하기 위해, 가스 운반 라인(도시안됨)이 가스 공급 커넥터(31a와 31b)를 통해 상기 가스 인렛 통로의 각각에 연결된다. 이 실시예에서는 2개의 가스 인렛 통로가 도시되었지만, 부가적인 가스 인렛 통로 또는 단지 하나의 가스 인렛 통로가 사용될 수 있다.
상기 가스 인렛 통로(31a와 31b)는 각각 주변으로 연장하는 동심 플리넘(plenum)(34a와 34b)에 도달한다. 상기 플리넘은 상기 분기관 베이스(30)를 통해 연장하고, 분기관 베이스(30)에 장착된 플레이트(37)에 의해 밀폐된다. 각 플리넘(34a와 34b)에 배치된 상기 상기 커버 플레이트(37)에 드릴링되고 상기 각 플리넘의 주변을 연장하는 다수의 홀(36)이다. 한 실시예에서, 상기 다수의 홀(36)은 일반적으로 각 플리넘(34a와 34b)의 하부에 배치되고, 상기 커버 플레이트(37)를 통해 수직으로 연장한다. 선택적으로, 상기 홀(36)은 상기 커버 플레이트(37)를 통과하는 각도에서 드릴링될 수 있다. 상기 홀(36)의 구성은 플라즈마 챔버(18)에 대한 최대 가스 주입을 제공하기 위해 선택되고, 홀의 개수, 크기, 형태 및 간격은 다양할 것이다. 더욱이, 동심 홀 배열은 커버 플레이트(37)에 드릴링될 수 있고, 각 플리넘의 주변을 연장할 수 있다.
제3(b)도는 제1가스 주입 분기관(15)의 하부 평면도를 도시한다. 본 발명의 실시예에 도시된 바와 같이, 상기 홀(36)은 일반적으로 제1가스 주입 분기관(15)의 하부에 동심원을 형성한다. 바람직하게, 상기 내부 플리넘(34b)과 결합된 상기 다수의 홀은 5개를 포함하고, 상기 외부 플리넘(34a)과 결합된 상기 다수의 홀은 10개를 포함한다. 제3(c)도는 상기 홀(36)의 바람직한 형태를 도시한 확대된 도면이다.
그러므로, 본 발명의 실시예에서 가스 운반 라인은 2개의 가스 공급 커넥터(31a와 31b)를 통해 상기 분기관(15)에 가스 화학 물질을 운반한다. 각 가스는 통로(32a와 32b)에 의하여 상기 분기관(15)을 통해 원형 플리넘(34a와 34b)에 직접 운반되고, 상기 가스는 상기 플라즈마 챔버(18)에 있는 각 플리넘과 결합된 다수의 홀(36)을 통해 분기관(15)을 빠져나간다.
상기 제1가스 분기관(15)은 상기 반응로(10)의 작동 동안에 상기 분기관(15)을 냉각하기 위한 냉각 장치를 사용한다. 물과 같은 냉각 매체는 균일한 냉각을 제공하기 위해 상기 분기관(15)을 통해 순환된다. 상기 웨이퍼의 표면에서 발생하는 반응은 온도에 의존하기 때문에, 작동 동안에 균일한 온도를 유지하는 것은 중요하다. 더욱이, 일정한 온도 유지의 실패는 상기 장치에 미립자를 형성하는 상기 챔버 벽 및 결합된 구성요소 상의 증착물이 조각으로 나누어질 수 있는 문제를 초래한다.
본 실시예에서, 상기 냉각 매체는 냉각 공급 커넥터(38)를 통해 다수의 채널(42)에 운반된다. 상기 채널(42)은 상기 분기관을 통해 연장하고, 상기 분기관 베이스(30)에 장착된 커버 플레이트(43)에 의해 밀폐된다. 제3(b)도에 도시된 바와 같이 상기 채널(42)은 상기 분기관 베이스(30)를 가로질러 연장한다. 본 발명의 변형으로 상기 냉각 장치는 별도로 구성될 수 있다.
검사 유리창(39)은 플라즈마 방전을 관찰하기 위한 광학 계면을 제공하기 위해사기 가스 주입 분기관(15)의 중앙에 적절하게 배치된다. 바람직하게, 상기 검사 유리창은 원형이고, 상기 플라즈마와 화학물질로부터의 공격을 방지하는 사파이어로 형성된다. 또한, 검사 유리창(39)은 이를테면 필름 성장을 측정하는 레이저 간섭계(볼수있는)와 웨이퍼 온도를 측정하는 레이저 간섭계(IR)가 사용될 수 있는 진단을 증진시켜 상기 웨이퍼 표면에 대한 시선 접근을 허용한다.
바람직하게, 상기 분기관(15)은 상기 표면에 미립자의 증착을 최소하는 평탄한 평면 표면을 가진다. 이 실시예에서 상기 분기관(15)을 알루미늄으로 형성되고, 근접 연마된 표면 종결부를 가진다.
반도체 웨이퍼와 다른 IC를 처리하기 위해, 처리 챔버를 포함하는 상기 반응로(10)는 플라즈마 어셈블리(11)에 부착되어 플라즈마 어셈블리(11)에 결합한다. 제1도와 제2도를 참조하면, 상기 처리 챔버의 내부 구조가 더욱 상세히 도시된다. 바람직하게, 상기 처리 챔버(16)는 실린더형이고, 알루미늄과 같은 재료로 형성된다. 상기 처리 챔버(16)는 바람직하게 냉각 매체, 이를테면 물을 순환하기 위한 수단을 포함하는데, 상기 처리 챔버(16)가 일정한 온도를 유지하도록 그런 수단은 상기 처리 챔버(16)에 형성되거나 선택적으로 상기 처리 챔버(16)의 외부에 배치된다. 제2가스 주입 분기관(17)이 상기 처리 챔버(16)에 배치되고, 일반적으로 링을 형성하는 상기 챔버의 표면을 따라 연장한다. 또한 상기 처리 챔버에 배치된 것은 처리될 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 지지대(20)이다. 바람직하게, 상기 웨이퍼 지지대(20)는 상기 처리 챔버(16)의 축에 정렬되고, 그러므로 제2가스 분기관(17)은 상기 웨이퍼 지지대(20)를 둘러싼다. 게이트 밸브와 같은 밸브(도시안됨)가 상기 웨이퍼 지지대(20)에 대한, 상기 웨이퍼 지지대(20)로부터 상기 웨이퍼(24)를 운반하기 위해 상기 챔버(16)의 내부에 대한 접근을 허용하도록 상기 처리 챔버(16)의 측벽에 배치된다. 상기 웨이퍼 지지대(20) 아래에 배치되고 상기 처리 챔버(16)의 축에 정렬된 것은 펌프(26)와 절연 밸브(25)이다.
상기 제2가스 주입 분기관(17)은 제4도에서 더욱 상세히 도시된다. 제2가스 주입 분기관(17)은 본 명세서에서 참고로 인용된 계류 중의 출원인 일련번호 제 08/499,861호에 더욱 상세히 기술되어 있다. 일반적으로, 상기 분기관(17)은 상기 처리 챔버(16)에 장착할 수 있는 플리넘 몸체(40), 상기 플리넘 몸체(40)에 제거할 수 있게 장착된 교환 가능 노즐 구조(70) 및 가스 화학 물질을 수용하기 위해 형성된 적어도 하나의 플리넘을 포함한다. 적어도 하나의 도관(conduit)으로 형성된 상기 플리넘 몸체는 상기 플리넘에 가스 화학 물질을 운반하기 위해 상기 플리넘에 결합된다. 상기 노즐 구조(70)는 상기 플리넘에 결합된 다수의 노즐(44a와 44b)을 가지고, 상기 플리넘으로부터 상기 챔버까지 가스 물질을 주입하기 위해 배열된다. 본 실시예에서, 상기 제1가스 분기관(17)은 상기 처리 챔버(16) 벽에 장착되어 있는 외부 주변 표면을 가진 원형 구성을 가지지만 다른 구성도 본 발명의 범위내에 있다.
제4도에 도시된 바와 같이, 상기 분기관(17), 상기 플리넘 몸체(40)의 바람직한 실시예는 2개의 평행하고, 주변으로 연장하는 채널(46과 48)을 가지고, 상기 플리넘(40)에 형성된다. 상기 채널(46과 48)은 상기 웨이퍼의 처리에 사용된 가스 화학 물질을 각각 수용하기 위한 한쌍의 플리넘을 한정한다. 채널(46과 48)은 공급 라인(58과 60)(도시안됨)을 통해 도관(54와 56)을 통과하여 가스원(50과 52)(도시안됨)에 각각 연결된다. 상기 가스의 “하부 공급”으로서 참조된 공급 라인(54와 56)은 상기 도관(54와 56)을 삽입하기 위해 수직으로 연장한다. 선택적인 실시예에서, 상기 공급 라인(58과 60)은 “측면 공급”으로서 상기 처리 챔버(16) 벽을 통해 수평으로 연장되도록 배치될 수 있다.
바람직하게, 다수의 개구부(도시안됨)로 형성된 배플(baffle)(62)은 이미 공지된 바와 같은 각 채널(46과 48)에 장착된다. 배플(62)은 상기 가스를 분출시키는 노즐에 인접하여 상기 도관(54와 56)으로부터 상기 노즐(44a와 44b)까지의 상기 가스의 흐름을 방해하고, 상기 플리넘 몸체(40)의 주변을 둘러싸는 가스의 흐름을 균일하게 분포시킨다. 상기 배플(62)의 구성은 상기 가스의 최적 분포를 제공하기 위해 선택되고, 상당한 변화가 있을 수 있다. 더욱이, 상기 배플(62)은 필요에 따라 제거될 수 있다.
상기 노즐 구조(70)는 상기 채널(46과 48)을 커버하고 상기 플리넘을 밀폐한 상기 플리넘 몸체(40)에 제거할 수 있게 장착된다. 상기 노즐 구조(70)는 상기 플리넘에 유지된 가스 물질을 상기 처리 챔버(16)에 주입하기 위한 상기 채널(46)에 정렬된 다수의 제1노즐(44a)과 상기 채널(48)에 정렬된 다수의 제2노즐(44b)을 포함한다. 상기 노즐의 크기, 형태, 간격, 각도 및 방향은 상당히 변화할 수 있다. 상기 노즐(44a와 44b)은 바람직하게 평면 프로파일을 가진 상기 웨이퍼의 표면상에 형성된 상기 층을 제공하도록 구성된다.
상기 반응로(10)의 작동 동안에, 특히 상기 웨이퍼(24)의 PECVD 공정 동안에, 상기 노즐 구조(70)는 상기 플라즈마에 노출된다. 상기 가스 주입 분기관(17)은 바람직하게 상기 노즐 구조(70)가 유전체 재료로 형성되지 않는다면 접지된다.
분기관(17)은 상기 플라즈마의 고밀도, 100mTorr보다 높은 종래의 플라즈마 처리 장치의 압력과 비교할 때 3 내지 4mTorr보다 낮은 상기 반응로(10)의 낮은 압력, 및 상대적으로 높은 전자의 온도(Te)와 같은 인지가 가스 흐름에 미치는 영향 때문에 고밀도 플라즈마 강화 CVD 처리에서 중요한 장점이 된다. 더 낮은 챔버 압력 때문에, 평균 자유 경로는 커지고, 상기 주입 위치(예를들면, 제2가스 주입 분기관(17)의 배출구)로부터의 가스 화학물질의 빠른 분산을 초래하고, 상기 웨이퍼(24)의 표면에 대한 분기관(17)의 밀접한 근접은 효과적인 화학물질의 사용을 허용하여 웨이퍼 표면을 가로지르는 균일한 가스 분포를 증진한다.
전술한 바와 같이, 공정 동안에 상기 웨이퍼(24)를 고정하기 위해, 웨이퍼 지지대(20)가 처리 챔버(16)에 제공된다. 상기 웨이퍼 지지대(20)는 일반적으로 아래에 기술되지만, 더욱 상세한 설명은 본 명세서에서 참고로 인용된 계류중인 미국 출원, 일련번호 제 08/500,480 호에 규정되어 있다. 제2도, 제5(b)도 및 제7도를 참조하면, 상기 웨이퍼 지지대(20)는 일반적으로 웨이퍼(24)를 유지하기 위한 지지대 몸체(50), 상기 지지대 표면에 대해 상기 웨이퍼를 정전기적으로 결합하기 위한 전압원(74), 및 상기 웨이퍼를 냉각하기 위한 냉각 장치(78)를 포함한다. 상기 냉각 장치는 상기 웨이퍼(24)와 상기 지지대 표면(52) 사이의 가스 물질을 균일하게 분포시키기 위한 상기 지지대 표면(52)에 형성된 다수의 가스 분포 그루우브(도시안됨)를 포함한다. 상기 냉각 장치는 상기 웨이퍼의 일부가 상기 지지대 표면(52)으로부터 분리되는 경우에 상기 지지대 표면(52)으로부터 상기 웨이퍼(24)의 극단적 이탈을 방지하도록 상기 가스원과 상기 가스 분포 그루우브 사이의 도관에 구속장치(도시안됨)를 포함한다. 상기 지지대 몸체(50)로부터 연장하는 적어도 하나의 아암 부재(21)가 상기 지지대 몸체(50)와 함께 상기 처리 챔버(16)에 고정될 수 있고, 상기 아암 부재(21)는 상기 처리 챔버(16)의 하부로부터 분리된다. 제7도를 참조하면, 본 실시예에서 상기 아암 부재(21)는 운반 어셈블리(86)에 장착된 다음, 상기 처리 챔버(16)에 대한 플레이트(29)에 의해 느슨하게 고정된다.
상기 웨이퍼(24)는 리프팅 어셈블리(도시안됨)에 의해 상기 지지대 표면(52)에 안착되고, 상기 지지대 표면(52)으로부터 올려진다. 상기 리프팅 어셈블리는 상기 지지대 표면(52)과 전극 어셈블리(도시안됨)에 형성된 개구를 통해 연장하는 다수의 리프팅 핀(84)을 포함한다. 상기 리프팅 핀(84)은 상기 핀(14)이 상기 지지대 표면(52) 상에 상기 웨이퍼(24)를 유지하는 연장부와 수축부 사이에서 이동할 수 있게 된다.
상기 웨이퍼 지지대(20)는 공정 동안에 상기 웨이퍼를 냉각하기 위해 냉각 장치를 사용한다. 이를테면 헬륨, 아르곤, 산소, 수소 및 기타 그와 같은 가스 물질이 상기 전체 웨이퍼(24)에 걸쳐 균일한 냉각을 제공하도록 상기 지지대 표면(52)과 상기 웨이퍼(24) 사이에 분포된다. 공정 동안에 균일한 온도로 상기 전체 웨이퍼를 유지하는 것은 상기 웨이퍼 상에 형성된 층의 균일도를 증가시킨다.
본 실시예에서, 상기 웨이퍼 지지대(20)는 PECVD 공정과 함께 사용하기 위해 특별하게 개조된다. 상기 전극 어셈블리(도시안됨)는 r.f. 바이어스를 상기 지지대 몸체(50)에 제공하기 위한 수단을 포함한다. 한쌍의 전기적 커넥터(도시안됨)를 포함하는 전극 어셈블리는 내부 및 외부 전극을 r.f. 원(23)과 정합 네트워크(22)에 각각 결합한다. 상기 지지대 표면(52)에 r.f. 바이어스를 제공하는 것은 상기 지지대 표면(52)의 국부화된 영역에서의 상기 플라즈마의 부유 전위를 증가시킨다. 상기 지지대 표면(52)에 r.f. 바이어스를 인가함으로써 증가된 자기 바이어스는 상기 웨이퍼 지지대(20)의 영역에서 플라즈마 영역(seath)으로 상기 웨이퍼를 향하여 확산하는 이온을 가속시킨다. 이는 스퍼터 에칭을 강화하고, 상기 웨이퍼(24) 표면상에 보이드(void)가 없는 재료층을 형성하기에 바람직하다.
상기 웨이퍼 지지대(20)에 제공되는 r.f. 바이어스의 주파수는 1 내지 60MHz의 범위에 있다. 바람직하게, 상기 플라즈마원(12)의 r.f. 주파수는 주파수 비팅(beating)을 최소화하는 웨이퍼 지지대(20)의 그것과 구별된다. 바람직하게, 상기 웨이퍼 지지대(20)에 제공되는 r.f. 주파수는 대략 3.39MHz이고, 상기 플라즈마원(12)은 대략 13.56MHz에서 작동한다.
처리 동안에, 상기 웨이퍼(24)는 공지된 전달 장치에 의해 상기 지지대 표면(52), 특히 리프팅 핀(54) 상에 배치된다. DC 전압이 상기 지지대 표면(52)에 전기적으로 끌어당기고 상기 웨이퍼를 견고하게 유지하기 위해 상기 웨이퍼 지지대(20)의 적어도 하나의 전극에 제공된다. 상기 웨이퍼(24)를 처리한 후에, 상기 전극은 상기 지지대 표면(52)으로부터 상기 웨이퍼(24)를 분리하기 위한 정전기 전하를 충분히 다시 여기시키기 위해 접지된다. 바람직하게, 상기 지지대 몸체(50)는 양 전압이 하나의 전극에 제공되고, 음전압이 다른 하나의 전극에 제공된 2개의 전극을 포함한다. 상기 웨이퍼(24)가 상기 처리 챔버(16)로부터 제거된 후에, 바람직하게 상기 전극의 극성은 다음의 웨이퍼에 대해 반전된다.
상기 처리 챔버(16)에 대한 웨이퍼 지지대(20)의 독특한 장착은 균형있는 가스 흐름의 증진으로 특히 상기 웨이퍼(24)를 처리하는 동안에 유리하다. 다시 제2도를 참조하면, 적어도 하나의 아암 부재(21)는 상기 웨이퍼 지지대(20)를 상기 처리 챔버(16)에 장착시키고, 상기 웨이퍼 지지대(20)는 상기 처리 챔버(16)에 부유된다. 종래의 장치와는 달리 상기 처리 챔버(16)의 하부로부터 제거되도록 상기 웨이퍼 지지대(20)를 부유시키는 것은 처리 동안에 개선된 흐름 제어를 제공하고, 상기 전체 반응로(10)의 디자인에서의 유연성을 증가시킨다. 바람직한 실시예에서, 상기 진공 펌프(26)는 작동 동안에 상기 반응로(10)의 풋프린트(footprint)를 최소화하고, 상기 펌프의 유효성을 증가시키도록 상기 처리 챔버(16)에 대해 축방향으로 정렬된다.
제5(a)도와 제5(b)도에는 상기 처리 챔버(16)에 장착된 상기 웨이퍼 지지대(20)의 2개의 실시예가 도시된다. 바람직하게, 상기 처리 챔버(16)의 한 벽을 향하여 연장하는 2개의 아암 부재(21a와 21b)가 제5(b)도에 도시된 바와 같이 사용되지만, 상기 아암 부재(21)의 수와 상기 처리 챔버(16)에 부착된 그 위치는 다양할 수 있다.
아암 부재(21a와 21b)는 제5(b)도에 도시된 바와 같이 횡적으로 연장하는 보어(60)와 함께 각각 형성된다. 하나의 아암 부재(21a)의 상기 보어는 상기 웨이퍼 지지대(20)의 전극을 상기 전압원(74)에 결합하는 상기 전기적 커넥터(62와 64)에 대한 상기 지지대 몸체(50)로부터의 도관을 제공한다. 또한, 전기적 커넥터(66과 68)는 상기 r.f. 원(23)을 전극에 결합시킨다. 상기 전극 어셈블리를 위한 상기 가스원(76)과 상기 유동체원(78)이 도관(72와 73)을 통해 상기 지지대 몸체(50)에 각각 연결되고, 상기 도관(72와 73)은 아암 부재(21b)의 보어(60)를 통해 연장한다. 선택적으로, 제5(a)도는 상기 유동체원(78), 가스원(76), dc와 r.f. 원(74와 23) 및 그 각각의 연결이 상기 아암 부재(21)의 보어를 통해 상기 웨이퍼 지지대(20)로 연장하는 처리 챔버(16) 벽에 장착된 하나의 아암 부재(21)의 사용을 도시한다.
상기 처리 챔버(16)에 효과적으로 부착된 것은 상기 반응로(10)를 진공화하기 위한 진공 장치이다. 다시 제1도를 참조하면, 상기 진공 장치는 바람직하게 웨이퍼 지지대(20) 아래와 상기 처리 챔버(16)의 하부에 배치된 펌프(26), 진공 절연 밸브(25)를 포함한다. 바람직하게, 상기 펌프(26)와 밸브(25)는 상기 처리 챔버(16)에 대해 축방향으로 정렬되어 장착된다. 그런 독창적인 “축 상의” 펌핑은 중요한 장점이 되고, 상기 반응로에서의 균형있는 가스 흐름을 증진시킨다. 펌프(26)와 밸브(25)는 각각 바람직하게 공지된 바와 같은 터보 펌프와 게이트 밸브이다.
본 발명의 중요한 장점은 상기 독창적인 디자인, 상기 웨이퍼(24)에 근접하는 영역에서의 상기 펌프의 균형 방해의 대응 감소에 의해 제공된 반응로에서의 가스의 균형있는 흐름이다. 제6도를 참조하면, 상기 반응로(10)내의 균형있는 흐름이 흐름선에 의해 표현된다.
전술된 상기 독창적인 반응로에 따르면, 기판 지지대(20)를 장착한 한쪽과 단일 가스 분포 장치를 형성하는 축 상의 펌핑은 상기 반응로(10)에서의 균형있는 가스 흐름을 제공하도록, 특히 상기 웨이퍼(24)를 가로지르는 균일한 증착 및/또는 에칭을 증진시키도록 디자인된다.
제8도는 다수의 웨이퍼 처리를 위해 다수의 반응로(10a 내지 10d)가 공지된 공통 전달 모듈(75)에 의해 연결된 본 발명의 선택적인 실시예를 도시한다. 각 반응로(10a, 10b, 10c 및 10d)는 각 반응로에서 수행될 수 있는 개별적인 처리 단계 또는 동일한 처리 단계를 수행할 수 있다.
상기 처리 챔버(16)로의 플라즈마 연장을 증진시키기 위해, 상기 독창적인 반응로는 상기 플라즈마의 확산을 유발하는 전위 기울기를 야기한다. 플라즈마가 코일(13) 가까이에 발생되고, 어떤 방향으로 분산할 것이다. 다시 제3(a)도를 참조하면, 제1가스 주입 분기관은 상기 플라즈마가 전압 전위에 관련하여 동작하도록 하는 표면(41)을 가진다. 상기 플라즈마를 통제하기 위해, 바람직하게 접지된 제1가스 주입 분기관(15)은 상기 분기관(15)의 표면에 약간의 양전하(예를들면, 플라즈마 전위)가 발생하도록 플라즈마를 유도한다. 선택적으로, 제1가스 주입 분기관(15)은 접지 대신에 약간의 전위로 유지될 수 있다. 그러므로, 상기 플라즈마가 상기 표면(41)의 국부 영역에서 특정 전위에 관련된다. 상기 플라즈마도 상기 플라즈마 챔버(16)로 연장하고, 화학 반응이 발생하는 영역, 예를들면 웨이퍼 지지대(20)에 대전된 미립자의 지속적인 공급을 위해 상기 플라즈마의 이극성(ambipolar) 확산은 상기 처리 챔버(16)에서의 하전 입자의 손실을 보충한다. 더욱이, 상기 발생된 플라즈마는 예를들어 플라즈마 전위가 낮은 “냉(cold) 플라즈마”이다. 그러므로 상기 챔버 벽에서의 전위가 매우 낮아서 플라즈마는 챔버의 벽을 덜 부식시킬 것이고, 결과적으로 금속 오염을 최소화시킨다. 플라즈마는 1차 이온화 메커니즘이 유발될 수 있게 하는 정전 차폐부(19) 때문에 “냉 플라즈마”가 된다.
r.f. 바이어스의 적용때, 자기 바이어스가 웨이퍼 지지대(20)와 웨이퍼(24)에 유도된다. 자기 바이어스의 제어는 바이어스 r.f. 전류 귀환 경로의 영역과 웨이퍼 영역의 비율을 고려함으로써 수행될 수 있다. 증착 처리 동안의 일실시예에서, 상기 자기 바이어스는 반응로의 플라즈마 차폐부로부터 웨이퍼(24)의 표면으로 이온을 가속시킨다. 상기 이온은 이미 증착된 재료층을 스퍼터 에칭하여, 보이드없는 조밀하고 양호한 품질의 막을 증착할 수 있도록 한다. 상기 웨이퍼 지지대에 인가된 r.f. 바이어스는 75 내지 400 볼트 범위가 될 수 있고, 바람직하게 1700와트의 r.f. 바이어스 파워에 대해 대략 300 볼트가 된다.
상기 플라즈마 소스(12) 주파수와의 간섭(예를들어, 상호 변조)을 최소화하도록 바이어스 주파수를 선택하는 것이 바람직하며, 또한 웨이퍼에서의 dc 자기 바이어스의 유도를 허용하고 과도한 파워 요구없이 바이어스를 얻을 수 있도록 주파수가 충분히 높아야 한다. 일반적으로, 최저 주파수가 유도된 전압의 상부에서의 리플을 희생하여 더 큰 유도 전압을 발생시킨다. 상기 웨이퍼(24) 표면에서의 스퍼터 에칭 속도는 유도된 바이어스에 비례한다. 수용가능한 절충안이 2MHz 이상 또는 13.56MHz 이하의 주파수에서 찾아질 수 있다. 바람직한 실시예는 3.39MHz의 웨이퍼 지지대에 인가된 r.f. 바이어스 주파수를 사용하는데, 상기 주파수는 미국 연방 통신 위원회(FCC) 6.78ISM 주파수(계기, 과학 및 의학 주파수 대역 표준)와 부합되고 상호 변조를 방지하여 제어 시스템 불안정성을 최소화하는 r.f. 플라즈마 소스(12) 주파수와 실질적으로 구별되는 고조파를 가진다.
상기 스퍼터 에칭 속도의 바이어스 주파수에 대한 의존성이 제9도에 도시되어 있다. 산화물 층을 가진 웨이퍼(24)가 웨이퍼 지지대(20)에 배치된다. 상기 반응로(10) 압력은 대략 1.8Torr이고, 대략 100sccm의 아르곤 가스가 상기 처리 챔버(16)에 주입된다. 2개의 구별되는 바이어스 주파수로서 3.39MHz와 13.56MHz가 제공되고, 상기 스퍼터링 에칭 속도는 2개의 주파수에 대해 웨이퍼 지지대(20)에 인가되는 바이어스 파워의 함수로서 도식화된다.
순환하는 r.f. 에너지장은 상기 반응로에 제공되고, 상기 처리 챔버(16)에 있는 상기 웨이퍼에 근접할 때 특정한 관계에 있게 된다. 본 발명의 하나의 중요한 장점은 r.f. 전류가 r.f. 에너지로 상기 웨이퍼 지지대(20)를 바이어스함으로써 발생된 r.f. 전류에 대한 반환 경로로서 상기 제2가스 주입 분기관(17)의 기능이다. 상기 순환하는 r.f. 전류의 양은 상기 분기관(17)을 통한 반환 경로를 찾으면 알 수 있다. 다시 제4도를 참조하면, 정합 표면(10과 18)을 통해 잘 접지된 상기 제2가스 주입 분기관(17)은 바람직하게 상기 플리넘 몸체(40)와 상기 노즐부(70) 사이의 표면 대 표면 접촉을 증가시키도록 니켈과 같은 적당한 재료로 도금된다. 상기 금속의 계면연결 표면은 낮은 임피던스 접촉을 증진시키도록 디자인되고, 공지된 나선형의 차폐부와 같은 특별한 가스켓 재료를 사용한다. 접지와 상기 정합 표면(80과 81)에 결합된 상기 분기관(17)은 r.f. 바이어스가 상기 웨이퍼 지지대(20)에 제공될 때 발생된 r.f. 에너지에 대한 반환 경로를 제공한다. 상기 r.f. 전류는 상기 금속의 벌크(bulk)를 통해서가 아니라 표면을 따라 이동하고, 따라서 상기 가스켓 재료는 상기 금속 표면에 가깝게 배치된다. 더욱이, 상기 처리 챔버(16)의 상기 분기관(17)의 배치는 중요한데, 상기 분기관(17)은 상기 웨이퍼 지지대(20)에 대한 상기 플라즈마원(12)과 제1가스 주입 분기관(15)의 근접에 비하여 상기 웨이퍼 지지대(20)에 대해 가까운 근접으로 배치된다. 상기 순환 r.f. 전류는 일반적으로 상기 제2가스 주입 분기관(17)에 마주치고, 다른 부품에 마주치기 전에 제거된다. 상기 r.f. 전류가 상기 플라즈마원(12)을 통해 반환되는 경우에, 본 발명에서와는 달리 상기 플라즈마원(12)의 공진은 악영향을 끼칠 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 상기 주파수는 이런 발생을 방지할 정도로 충분히 구별된다.
본 발명의 반응로(10)는 특히 상기 웨이퍼 지지대(20)로부터의 상기 r.f. 전류 및 상기 발생원(12)과 제1분기관(15)의 플라즈마 전위의 절연을 제공함으로써 안정된, 재현할 수 있는 작동을 제공하기에 적당하다. 그런 절연은 상기 제1가스 분기관(15)의 표면(41)에서 상기 플라즈마 전위가 만족스럽게 한정되고, 유지될 수 있게 한다. 만족스럽게 한정된 플라즈마 전위가 없다면, 상기 장치는 상기 제1가스 주입 분기관(15)의 표면(41)과 접촉하는 플라즈마의 양에 의존하여 날마다 달라질 수 있고, 상기 증착 공정의 재현성을 저하시킨다. 상기 제2가스 주입 분기관(17)의 기계적인 구성은 전술한 바와 같은 동일 r.f. 반환 기능을 달성하는 동안에 상당하게 변할 수 있고, 이런 모든 기계적 변경은 본 발명의 범위내에 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 중요한 장점은 독창적인 디자인과 특히 축상의 펌프에 의해 제공된 상기 반응로의 상기 웨이퍼(24)에 근접한 영역에서의 균형있는 펌프 흐름에 대응하는 상기 가스의 균형있는 흐름이다. 다시 제6도를 참조하면, 상기 반응로(10)내의 균형있는 가스의 흐름이 흐름선에 의해 표현되고, 상기 웨이퍼 평면에서의 바람직하고 균일한 방사상 흐름을 도시한다. 저압에서 상기 가스의 평균 자유 경로는 상기 웨이퍼 지지대(20)에 있는 상기 웨이퍼 주위에 동일하고 효과적인 펌핑 속도를 제공하는 반응로에 의해 강화된다. 동일하고 효과적인 펌핑 속도는 상기 처리 챔버에 대해 축방향으로 정렬된 상기 웨이퍼와 펌프에 의해 달성되고, 기하학적 방향은 상기 웨이퍼 주위의 동일 거리 흐름을 증진한다. 그러므로, 균형있게 상기 기판을 가로지르는 상기 가스의 흐름은 상기 기판의 균일한 처리를 강화시킨다. 더욱이, 상기 반응로 자기 세척 작동 동안에, 가스는 바람직하게 균일한 가스 흐름을 강화하는 대칭축을 따르는 펌프를 가지고 제1가스 주입 분기관(15)을 통해 주입되고, 상기 반응로(10)에 걸친 세척이 진행된다.
본 발명의 반응로(10)는 제10(a)도와 제10(b)도에 의해 도시된 바와 같이 균일한 필름의 증착을 증진시킨다. 웨이퍼(24)는 기판 상에 형성된 다수의 소자 형태(81a 내지 81d)를 가진 기판(80)을 구비하여 제공된다. 소자 형태(81a 내지 81b) 사이의 상기 갭 간격은 0.25μm이고, 소자 형태(81a 내지 81c) 사이의 상기 갭 간격은 0.3μm이다. 상기 종횡비는 2.5 : 1이다. 소자 산화층(82)은 본 발명의 반응로에서 소자 형태(81)와 기판(80) 상에 증착된다. 도시된 바와 같이 상기 반응로(10)와 그 작동 방법은 뛰어난 스텝 커버리지를 가지고 0.25와 0.30μm 갭을 채우는 보이드 없는 층을 충분히 증착한다.
제11도를 참조하면, 본 발명에서의 웨이퍼 지지대에 인가되는 r.f. 바이어스 함수로서 증착 속도가 도시되어 있다. 증착 속도가 정규화되고, 실란 흐름당 증착 속도(단위는 μm/(min.sccm))가 웨이퍼 지지대에 인가되는 r.f. 바이어스 파워의 함수로서 도식화되는 것으로 표현되어 있다.
이상에서는 본 발명의 양호한 일 실시예에 따라 본 발명이 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게는 명백하다.

Claims (10)

  1. 플라즈마 강화 화학적 처리 장치에 있어서, 플라즈마 챔버와, 적어도 한가지의 제1가스를 수용하기 위해 상기 플라즈마 챔버와 연통하는 제1가스 주입 분기관과, 플라즈마를 형성하기 위해 상기 적어도 한가지의 제1가스를 여기하기 위한 전자기 에너지원과, 상기 플라즈마 챔버로부터의 플라즈마 연장을 위해 상기 플라즈마 챔버와 연통하는 처리 챔버와, 상기 처리 챔버에 배치되어 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 지지대와, 반응 가스가 상기 웨이퍼 지지대 쪽으로 향하여 웨이퍼 지지 대상에 지지된 웨이퍼 표면의 처리를 위해 플라즈마와 상호 작용하도록, 상기 처리 챔버내에 배치되고 상기 웨이퍼 지지대를 둘러싸는 제2가스 분기관과, 상기 처리 챔버의 하부에서 가스를 제거하기 위한 진공 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 강화 화학적 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전자기 에너지원은 유도 결합 플라즈마원인 것을 특징으로 하는 플라즈마 강화 화학적 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 지지대가 상기 처리 챔버내에 부유되도록 상기 처리 챔버의 적어도 한 표면에 부착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 강화 화학적 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 지지대는 상기 웨이퍼를 유지하기 위한 지지 표면을 가지는 지지대 몸체와, 상기 웨이퍼를 상기 지지 표면에 정전기적으로 결합시키기 위해 상기 지지대 몸체에 결합된 전압원과, 가스 물질이 상기 웨이퍼와 상기 지지 표면 사이에 균일하게 분포하도록 구성되고, 상기 지지 표면에 형성된 다수의 가스 분포 그루우브를 가지는 냉각 장치와, 상기 지지대 몸체에 부착된 한 단부와, 상기 처리 챔버의 표면에 부착된 다른 단부를 가지는 적어도 하나의 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 강화 화학적 처리 장치.
  5. 플라즈마 강화 화학적 처리 장치에 있어서, 플라즈마를 발생하기 위한 나선형 공진기와, 상기 나선형 공진기에 배치된 정전 차폐부를 가지는 전자기 에너지원을 구비한 플라즈마 챔버와, 상기 플라즈마 챔버로부터의 플라즈마 연장을 위해 상기 플라즈마 챔버와 연통하는 처리 챔버와, 상기 처리 챔버내로 연장된 플라즈마와 상호 작용하는 동안에 상기 처리 챔버에서 웨이퍼를 지지하기 위한 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 강화 화학적 처리 장치.
  6. 플라즈마 강화 화학적 처리 장치에 있어서, 플라즈마를 발생하기 위한 전자기 에너지원을 구비하는 실린더형 플라즈마 챔버와, 상기 플라즈마 챔버로부터의 플라즈마 연장을 위해 상기 플라즈마 챔버와 연통하는 처리 챔버와, 상기 처리 챔버내로 연장된 상기 플라즈마와 상호 작용하는 동안에 상기 처리 챔버내에서 상기 웨이퍼를 지지하기 위한 지지대와, 상기 처리 챔버를 진공으로 하기 위해 상기 처리 챔버의 축상에 위치된 진공 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 강화 화학적 처리 장치.
  7. 플라즈마 강화 화학적 처리 장치에 있어서, 플라즈마 챔버와, 적어도 한가지 제1가스를 수용하기 위해 상기 플라즈마 챔버와 연통하는 제1가스 주입 분기관과, 플라즈마를 형성하도록 상기 적어도 한가지 제1가스를 여기하기 위한 전자기 에너지원과, 상기 플라즈마 챔버로부터의 플라즈마 연장을 위해 상기 플라즈마 챔버와 연통하는 처리 챔버와, 상기 처리 챔버에 축방향으로 정렬되어 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 지지대와, 반응 가스가 상기 웨이퍼 지지대 쪽으로 향하여 상기 플라즈마와의 상호작용으로 상기 웨이퍼상에 재료층을 증착하도록, 상기 처리 챔버에 축방향으로 정렬되고 상기 웨이퍼 지지대를 둘러싸는 제2가스 분기관과, 상기 처리 챔버로부터 가스를 제거하기 위해 상기 처리 챔버에 축방향으로 정렬된 진공 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 강화 화학적 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 처리 챔버에 부유되도록 상기 웨이퍼 지지대가 상기 처리 챔버의 적어도 한 표면에 부착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 강화 화학적 처리 장치.
  9. 플라즈마 강화 화학적 처리 장치에 있어서, 실린더형 플라즈마 챔버와, 상기 플라즈마 챔버와 연통하여 적어도 제1가스를 수용하기 위한 제1가스 주입 분기관과, 플라즈마를 형성하도록 상기 적어도 한가지 제1가스를 여기하기 위한 나선형 공진기와 상기 나선형 공진기에 배치된 정전 차폐부를 가지는 전자기 에너지원과, 상기 플라즈마 챔버로부터의 플라즈마 연장을 위해 상기 플라즈마 챔버와 연통하는 처리 챔버와, 상기 처리 챔버에 부유되도록 상기 처리 챔버의 축상에 배치되고, 상기 처리 챔버의 적어도 한 표면에 부착되는 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 지지대와, 반응 가스가 상기 웨이퍼 지지대쪽으로 향하여 상기 플라즈마와의 상호 작용으로 상기 웨이퍼상에 재료를 증착하도록, 상기 처리 챔버의 축상에 배치되고 상기 웨이퍼 지지대를 둘러싸는 제2가스 분기관과, 상기 처리 챔버로부터 가스를 제거하기 위해 상기 처리 챔버의 축상에 정렬되고, 상기 웨이퍼 지지대 아래에 배치되고, 상기 처리 챔버와 연통하는 진공 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 강화 화학적 처리 장치.
  10. 플라즈마 챔버 및 웨이퍼 지지용 웨이퍼 지지대를 갖는 처리 챔버를 포함하는 플라즈마 강화 화학적 처리 장치를 작동시키는 방법에 있어서, 상부 표면을 가지는 플라즈마 챔버내에 플라즈마를 발생시키는 단계와, 상기 상부 표면을 따라 상기 플라즈마가 제1전압 전위에 관련하도록 하는 단계와, 제2전압 전위를 형성하도록 상기 웨이퍼 지지대에 r.f. 에너지를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 제1전압 전위와 상기 제2전압 전위 사이의 차이는 상기 웨이퍼 지지대에 근접하는 영역에 상기 플라즈마의 확산을 유도하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 강화 화학적 처리 장치를 작동시키는 방법.
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