KR100266840B1 - Low press cvd apparatus - Google Patents
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Abstract
스텝커버리지가 향상되고, 콘택드홀등의 매입으로 시임부가 없는 매입층을 형성할 수 있는 감압 CVD 장치를 제공가는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a reduced pressure CVD apparatus capable of improving step coverage and forming a buried layer having no seam by embedding contact holes or the like.
CVD 원료가스 도입구(5)를 갖는 CVD 반응실(6)과, 피처리기판(2)을 재치하는 지지대와, 상기 CVD 원료가스 도입구와 상기 피처리기판(2)간에 배치되는 이 원료가스를 균일하게 분배하기 위한 가스분배수단(3)을 구비하는 감압 CVD 장치에 있어서, 상기 가스분배수단(3)에 상기 피처리기판(2)면에 대해 대략 수직방향에 따른 복수의 통로(10a)를 배설한 것을 구성으로 한다.The source gas disposed between the CVD reaction chamber 6 having the CVD source gas inlet 5, the support on which the substrate 2 to be processed is placed, and the CVD source gas inlet and the substrate 2 to be processed. In the reduced pressure CVD apparatus having the gas distribution means 3 for uniformly distributing, a plurality of passages 10a along the direction substantially perpendicular to the surface of the substrate 2 to be processed are provided in the gas distribution means 3. It is set as what constituted.
Description
제1도는 본원 발명에 관한 감압 CVD 장치의 일실시예를 도시한 개략도.1 is a schematic view showing one embodiment of a reduced pressure CVD apparatus according to the present invention.
제2도는 본원 발명에 관한 콜리메이터부착 샤워헤드를 도시한 개략도.2 is a schematic view showing a collimator-attached showerhead according to the present invention.
제3도는 본원 발명에 관한 장치를 사용하여, 블랭킷텐스템층을 형성한 단면도.3 is a cross-sectional view of the blanket tenth layer formed using the apparatus according to the present invention.
제4도는 본원 발명에 관한 장치를 사용하여 W층의 형성과정을 도시한 도면.4 is a view showing a process of forming a W layer using the apparatus according to the present invention.
제5도는 입사분자가 방향성을 갖는 경우(본원 발명)의 흡착탈리모델에 의한 시뮬레이션결과를 도시한 도면.FIG. 5 is a diagram showing simulation results by an adsorptive desorption model when the incident molecules have directivity (invention of the present application). FIG.
제6도는 입사분자가 등방인 경우(종래예)의 흡착탈리모델에 의한 시뮬레이션결과를 도시한 도면.FIG. 6 is a diagram showing simulation results by an adsorption desorption model when the incident molecules are isotropic (conventional example). FIG.
제7도는 종래의 감압 CVD 장치를 도시한 개략도.7 is a schematic diagram showing a conventional reduced pressure CVD apparatus.
제8도는 종래의 감압 CVD 장치를 사용하여 블랭킷텅스템층을 형성한 단면도.8 is a cross-sectional view of a blanket tungsten layer formed using a conventional reduced pressure CVD apparatus.
제9도는 제8도의 상태로부터 에치백한 상태를 도시한 단면도.9 is a cross-sectional view showing a state etched back from the state shown in FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 서셉터 2 : 웨이퍼1: susceptor 2: wafer
3 : 샤워헤드(원료가스분배수단) 4 : 원료가스3: shower head (raw gas distribution means) 4: raw gas
5 : 원료가스도입구 6 : CVD 밤응실5: Raw material gas introduction 6: CVD night chamber
7 : 실리콘기판 8 : 확산층7: silicon substrate 8: diffusion layer
9 : 층간절연막 10 : 클리메이터 부착샤워헤드9 Interlayer Insulation Film 10 Shower Head with Cleaner
10a : 통로 11 : 배리어메탈10a: passage 11: barrier metal
12 : 텅스텐 (W)층 13 : 콘택트홀12: tungsten (W) layer 13: contact hole
14 : 보이드를 갖는 시임부 16 : 세공(細孔)14: seam with voids 16: pore
17 : 시임부 20 : LP-CVD 막17: seam 20: LP-CVD film
본원 발명은 감압 CVD 장치, 특히 스텝커버리지가 향상되는 블랭킷텅스텐(W)용의 감압 CVD 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a reduced pressure CVD apparatus, in particular a reduced pressure CVD apparatus for blanket tungsten (W) with improved step coverage.
차세대 이후의 초초(超超) LSI에 있어서, 0.4㎛� 이하의 미세 콘택트홀이나 비어홀을 매입(埋入)하는 기술로서 커버리지가 양호하고, 또한 종래의 폴리실리콘 (poly-Si)을 매입하는 폴리플럭등과 비교하여 콘택트저항이 낮은 비선택적인 이른바 블랭킷텅스텐(W) CVD 법이 주목을 모으고 있다.In ultra-ultra-ultra-large-large LSIs after the next generation, polysilicon having a good coverage and a conventional polysilicon (Poly-Si) as a technology for embedding 0.4 µm or less fine contact holes or via holes The non-selective so-called blanket tungsten (W) CVD method which has a low contact resistance compared with a floc etc. attracts attention.
종래, 이 블랭킷 W을 형성하기 위한 감압 CVD(LP-CVD)장치는 제7도에 개략적으로 도시한 바와 같이, 원료가스(4)를 도입하는 원료가스도입구(5)를 갖는 CVD 반응실(6)을 배설하고, 지지대로서의 서셉터(1)상에 재치된 피처리기판의 웨이퍼(2)표면에 CVD원료가스분배수단의 샤워헤드(3)를 통해 원료가스(4)를 공급하도록 구성되어 있다.Conventionally, a reduced pressure CVD (LP-CVD) apparatus for forming this blanket W has a CVD reaction chamber having a source gas inlet 5 for introducing a source gas 4 as schematically shown in FIG. 6) and supply the raw material gas 4 to the surface of the wafer 2 of the substrate to be placed on the susceptor 1 as a support through the shower head 3 of the CVD raw material gas distribution means. have.
상기 매엽식(枚葉式)(1매 l매 처리하는)의 종래장치의 샤워헤드(3)는 약 1∼2mm 정도의 두께의 세라믹판에 직경 약 2.0mm의 구멍을 랜덤으로 배설한 것이며, 원료가스(4)를 균일하게 웨이퍼(2)표면에 공급하도록 배설되어 있다.The showerhead 3 of the conventional apparatus of the sheet type (processing one sheet of paper) is a hole having a diameter of about 2.0 mm randomly disposed on a ceramic plate having a thickness of about 1 to 2 mm, It is arrange | positioned so that source gas 4 may be supplied to the surface of the wafer 2 uniformly.
상기 제7도에 도시한 종래의 감압 CVD 장치에서는 원료가스(4)의 가스분자의 방향성의 제어는 행해지고 있지 않으므로, 제8도에 도시한 바와 같이 거의 등방적(等方的)으로 가스분자가 콘택트홀(또는 트렌치)(13)내에 들어간다. 이 W-CVD공정시, 제8도에 도시한 바와 같이 콘택트홀(13)내에 보이드를 가진 시임부(14)가 발행한다. 이 이유는 CVD 법에 의한 블캡킷텅스텐층(12)은 배리어메탈층(11)상의 종(수직)방향에서나 횡(수평)방향에서나 대략 동일속도(A≒B)로 성장하므로, 매입이 진행됨에 따라 아스펙드비가 커지고, W의 블랭킷 CVD 형성으로는 보이드를 발생하지 않고 콘택트홀(13)내를 완전히 매입하는 것은 불가능하였다. 따라서, 예를 들면 W플럭을 형성하기 위해, 블랭킷 W의 상부를 에치백할 때, 시임부가 위쪽부터 확대되고, 후에 상층배선(도시생략)을 형성하면, 제9도에 도시한 바와 같이 시임부가 보이드(14a)로 되어 남게되므로, 배선의 신뢰성을 손상하는 문제가 있었다.Since the directivity of the gas molecules of the source gas 4 is not controlled in the conventional reduced pressure CVD apparatus shown in FIG. 7, the gas molecules are almost isotropically as shown in FIG. It enters into the contact hole (or trench) 13. In this W-CVD process, as shown in FIG. 8, a shim 14 having a void in the contact hole 13 is issued. This is because the blanket tungsten layer 12 by the CVD method grows at about the same speed (A ≒ B) in the longitudinal (vertical) direction and the transverse (horizontal) direction on the barrier metal layer 11, so that the embedding proceeds. As a result, the aspect ratio was increased, and it was impossible to completely embed the inside of the contact hole 13 without generating voids by forming a blanket CVD of W. Thus, for example, when the upper portion of the blanket W is etched back to form the W plug, the seam portion is enlarged from above, and when the upper layer wiring (not shown) is formed later, the seam portion as shown in FIG. Since it remains as the void 14a, there exists a problem of impairing the reliability of wiring.
본원 발명은 스텝커버리지(단차피복성)가 향상되고, 콘택트홀등의 매입으로 시임부(보이드)가 없는 매입층을 형성할 수 있는 감압CVD 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a reduced pressure CVD apparatus which can improve step coverage (step coverage) and can form a buried layer free of seams (voids) by embedding contact holes or the like.
상기 과제는 본원 발명에 의하면, 원료가스 도입구를 갖는 CVD 반응실과, 상측 면이 상기 원료가스 도입구를 향하는 웨이퍼를 지지하는 서셉터와, 상기 원료가스 도입구와 상기 서셉터 상에 지지되는 웨이퍼 사이에 배치되며, 상기 원료가스를 상기 웨이퍼의 상측 면 전체를 가로지르는 안정된 층류의 가스 흐름으로 분배하고, 상기 층류의 가스 흐름에 평행하도록 연장되는 표면 상의 퇴적속도에 대하여 상기 층류의 가스 흐름의 방향에 수직하도록 연장되는 표면 상의 퇴적속도를 증가시키는 가스 분배 수단을 포함하고, 상기 가스 분배 수단은 상기 원료가스로부터 상기 안정된 층류의 가스 흐름을 생성하는 층류형성부 역할을 하고 상기 웨이퍼의 표면에 대체로 수직하게 연장되는 복수의 통로를 갖는 콜리메이터인 것을 특징으로 하는 감압 CVD 장치에 의해 해결된다.According to the present invention, the above object is between a CVD reaction chamber having a source gas inlet, a susceptor for supporting a wafer whose upper surface faces the source gas inlet, and a wafer supported on the source gas inlet and the susceptor. And distribute the source gas into a stable laminar flow of gas across the entire upper surface of the wafer and in the direction of the laminar flow of gas relative to a deposition rate on a surface extending parallel to the laminar flow of gas. Gas distribution means for increasing the deposition rate on the surface extending vertically, the gas distribution means serving as a laminar flow forming portion for generating the stable laminar gas flow from the source gas and being generally perpendicular to the surface of the wafer. In a reduced pressure CVD apparatus, characterized in that the collimator having a plurality of passages extending Solved by
본원 발명에서는 상기 복수의 통로의 길이가 각각 상기 CVD 원료가스의 평균자유행정 이상인 것이 기판에 수직인 방향으로 가스유속도분포를 편중시킬 수 있으므로 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the lengths of the plurality of passages are each equal to or greater than the average free stroke of the CVD source gas because the gas flow rate distribution can be biased in the direction perpendicular to the substrate.
본원 발명에 의하면, CVD 원료가스분배수단(3)에 실리콘기판등의 피처리기판 (2)면에 대해 대략 수직방향에 따라 복수의 통로(10a)가 배설되어 있으므로, CVD 원료가스분자흐름이 기판면에 수직인 속도분포를 증대시킬 수 있고, 콘택트홀등에서의 피착에 있어서 스텝커버리지(단차피복성)를 향상시킬 수 있다.According to the present invention, since the plurality of passages 10a are disposed in the CVD raw material gas distribution means 3 along a direction substantially perpendicular to the surface of the substrate 2 to be processed, such as a silicon substrate, the CVD raw material gas flow is determined by The velocity distribution perpendicular to the surface can be increased, and step coverage (step coverage) can be improved in deposition in contact holes or the like.
다음에, 본원 발명의 실시예에 대하여 도면에 따라 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Next, the Example of this invention is described according to drawing.
제1도는 본원 발명에 관한 CVD 장치의 일실시예를 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram showing an embodiment of a CVD apparatus according to the present invention.
제1도에 도시한 바와 같이, 본원 발명의 감압 CVD 장치는 제7도에 도시한 종래의 매엽식(枚葉式) 감압 CVD 장치에 있어서, 원료가스(4)의 가스분자의 속도분포가 수직방향으로 치우치도록 가스분배수단인 샤워헤드 대신 콜리메이터를 부착한 콜리메이터부착샤워헤드(10)가 배설되어 있다. 이 콜리메이터부착샤워헤드(10)는 예를 들면 알루미늄(Al)으로 만들어지며, 제2도(a),(b)에 그 일부단면측면도, 평면도로서 도시되어 있는 바와 같이, 다수의 세공(통로)(16)을 갖는 원반형을 이루고 있다. 이 샤워헤드(10)의 길이(높이)(L1)는 약 2cm로 하였다.As shown in FIG. 1, in the pressure reduction CVD apparatus of the present invention, in the conventional single-leaf type pressure reduction CVD apparatus shown in FIG. 7, the velocity distribution of the gas molecules of the source gas 4 is vertical. Instead of the shower head which is a gas distribution means, the shower head 10 with the collimator with which the collimator was attached is arrange | positioned so that it may turn to the direction. The collimator shower head 10 is made of, for example, aluminum (Al), and a plurality of pores (paths) are shown in FIGS. 2A and 2B as partial cross-sectional side views and plan views. It has a disk shape with (16). The length (height) L1 of this showerhead 10 was about 2 cm.
이 길이(L1)는 식 1에서 구해지는 평균자유행정 λ(cm)보다 큰 값을 취하였다.This length L1 took a value larger than the average free stroke [lambda] (cm) obtained by Equation 1.
α : 분자의 크기α: size of the molecule
n : 이상(理想)기체 1㎥ 당 입자수n: number of particles per cubic meter of abnormal gas
본 실시예에서는 W를 CVD 성장시키기 위한 원료가스를 WF6으로 한 경우, 또한 그 가스분자의 크기를 약 4엉스트롬으로 하고, 온도를 470℃, 압력을 1mTorr(저압)으로 한 경우, 상기 식 1에서 λ는 약 1.1cm로 된다. 층류(層流)형성부의 길이(L1)는 상기 λ의 길이보다 크게 하고, 또한 콜리메이터부착 샤워헤드(10)하단으로부터 웨이퍼(2)표면까지의 거리(L2)(제1도)보다 크게 하는 면이 가스흐름을 안정되게 층류(平行流)를 유지하기 위해 바람직하다.In the present embodiment, when the source gas for CVD growth of W is WF 6 , the size of the gas molecule is about 4 angstroms, the temperature is 470 ° C., and the pressure is 1 mTorr (low pressure). Λ at 1 becomes about 1.1 cm. The length L1 of the laminar flow forming part is larger than the length of the lambda, and is larger than the distance L2 (FIG. 1) from the bottom of the collimator showerhead 10 to the surface of the wafer 2. This gas flow is preferable in order to maintain laminar flow stably.
제1도에 도시한 본원 발명의, 감압 CVD 장치를 사용하여, 블랭킷 W을 콘택트홀내를 포함하는 전체면에 성장시켰다. 그 결과, 제3도에 도시한 바와 같이, 시임부(17)는 짧고, 시임부(17)의 위치가 기판으로부터 떨어지므로, 콘택트홀(13)내에는 시임부(17)를 갖지 않은 텅스텐층(12)을 얻을 수 있었다. 이 감압 CVD 장치는 콜리메이터부착샤워헤드(10)를 배설하고 있으므로, 웨이퍼(2)상의 가스의 속도분포에 있어서 웨이퍼에 수직인 방향의 속도성분이 증대되고, 데포짓레이트(퇴적속도)가 측벽보다 저면쪽이 빠르기 때문에, 제4도에 도시한 바와 같이 W층(12a),(12b),(12c)이며, A＞B인 두께의 관계를 도시한다. 또한, 저부에서의 두께 A' 도 A와 대략 근사(A≒A' )해진다.Using the reduced pressure CVD apparatus of the present invention shown in FIG. 1, the blanket W was grown on the entire surface including the inside of the contact hole. As a result, as shown in FIG. 3, the seam 17 is short and the position of the seam 17 is separated from the substrate, so that the tungsten layer having no seam 17 in the contact hole 13 is present. 12 could be obtained. Since this reduced pressure CVD apparatus arranges the showerhead 10 with a collimator, in the velocity distribution of the gas on the wafer 2, the velocity component of the direction perpendicular to the wafer is increased, and the deposition rate (deposition rate) is higher than that of the side wall. Since the bottom side is fast, as shown in FIG. 4, it is W layer 12a, 12b, 12c, and shows the relationship of thickness A> B. Further, the thickness A 'at the bottom also approximates A'A' with A.
또한, 제3도 및 제4도에 도시한 부호로 제8도에 도시한 부호와 동일한 것은 제8도의 요소와 동일 요소이다. 제5도 및 제6도는 각각 입사 분자가 방향성을 갖는 경우, 등방적인 경우의 LP-CVD막의 흡착탈리(吸着脫離)에 의한 시뮬레이션결과(LP-CVD 의 경우)를 도시한 도면이다. 스티킹계수(被着率)는 어느 것이나 0.1로 하였다.Incidentally, the same reference numerals as those shown in FIG. 8 by the numerals shown in FIGS. 3 and 4 are the same as those of FIG. 5 and 6 show simulation results (in the case of LP-CVD) by adsorptive desorption of the LP-CVD film in the isotropic case when the incident molecules have directivity, respectively. The sticking coefficient of all was 0.1.
이 시뮬레이션법은 1990년 DRY PROCESS 심포지움에서 발표된 스탠포드대학 맥비티(J. P. McVittie)등에 의한 논문(SPEEDIE : A PROFILE SIMULATOR FOR ETCHING AND DEPOSITION)에 개시된 메카니즘을 이용하여 행한 것이다. 제5도는 본원 발명, 제6도는 종래예이다.This simulation was done using the mechanism disclosed in SPEEDIE: A PROFILE SIMULATOR FOR ETCHING AND DEPOSITION (J. P. McVittie), published at the DRY PROCESS Symposium in 1990. 5 is the present invention, and FIG. 6 is a conventional example.
제5도, 제6도에 도시된 LP-CVD 막(20)에서도 명백한 바와 같이, 본원 발명에서는 스텝커버리지가 향상되고, 콘택트홀(13)상부의 CVD 막두께와 콘택트홀하부의 막두께의 차가 작아진다.As is apparent from the LP-CVD film 20 shown in Figs. 5 and 6, in the present invention, the step coverage is improved, and the difference between the CVD film thickness above the contact hole 13 and the film thickness below the contact hole 13 is increased. Becomes smaller.
또한, 본 감압 CVD 장치는 O3/TEOS 계의 CVD(O3가스와 TEOS 가스의 혼합에 의해 SiO2를 얻는 방법)등 외의 LP-CVD에도 유요하게 이용된다.The present reduced pressure CVD apparatus is also useful for LP-CVD other than O 3 / TEOS-based CVD (method of obtaining SiO 2 by mixing O 3 gas and TEOS gas).
이상 설명한 바와 같이, 본원 발명에 의하면 콘택트홀등의 개구부에의 CVD 막 성장으로 스텝커버리지가 향상되고, 예를 들면 블랭킷 텅스텐등을 콘택트홀의 매입에 사용한 경우에, 콘택트홀측벽으로부터의 데포짓레이트(퇴적율)보다 저면으로부터의 데모짓레이트쪽이 크기 때문에, 콘택트홀내에서의 시임부의 발생을 방지할 수 있다.As described above, according to the present invention, the step coverage is improved by the growth of the CVD film into the openings such as the contact holes, and, for example, when the blanket tungsten or the like is used for embedding the contact holes, the deposit rate from the contact hole side wall ( Since the demodulation rate from the bottom surface is larger than the deposition rate, it is possible to prevent the occurrence of the seam in the contact hole.
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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