KR100284630B1 - Method of manufacturing semiconductor device by chemical vapor deposition - Google Patents
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Abstract
하나의 재료층(2)을 반응실(3)에서 지지대(4)상에 배치된 반도체 슬라이스(1)에 증착시키는 것에 의한 반도체 디바이스 제조 방법에서, 공정 가스는 지지대(4)에 대향하여 배열된 다공의 가스 유입판(9)을 구비한 가스 유입 시스템(6)을 통과하여 슬라이스(1)를 향해 전달된다. 반응실은 불소 또는 불소 화합물과 산소 또는 산소 화합물을 구성하는 기체 혼합물에서 지지대(4)와 가스 유입판(9) 사이에서 발생되는 플라즈마에 의해 증착 중에 주기적으로 세척된다.In a method of manufacturing a semiconductor device by depositing one material layer 2 on a semiconductor slice 1 disposed on a support 4 in a reaction chamber 3, the process gas is arranged opposite the support 4. Passed through the gas inlet system 6 with the porous gas inlet plate 9 towards the slice 1. The reaction chamber is periodically cleaned during deposition by the plasma generated between the support 4 and the gas inlet plate 9 in the gas mixture constituting the fluorine or fluorine compound and the oxygen or oxygen compound.
비교적 산소가 풍부한 기체 혼합물의 부분은 가스 유입판(9)을 갖는 가스 유입 시스템(6)을 통하여 반응실 내로 전달되고, 비교적 산소가 부족한 기체 혼합물의 부분은 보조 유입 시스템(23)을 통하여 반응실 내로 전달된다. 그 결과 세척 플라즈마는 가스 유입판에 근접한 곳에서 산소가 비교적 풍부하다. 플라즈마에 의한 가스 유입판의 침식은 이와 같은 방법으로 방지되고, 플라즈마 내에서 형성되는, 가스 유입판 상에서의 중합체의 증착이 억제된다. 최적 상태의 세척 플라즈마는 대략적으로 가스 유입판(9)과 지지대(4) 사이에 존재한다.A portion of the relatively oxygen-rich gas mixture is transferred into the reaction chamber through a gas inlet system 6 having a gas inlet plate 9, and a portion of the relatively oxygen-deficient gas mixture is passed through the auxiliary inlet system 23. Is passed into. As a result, the cleaning plasma is relatively rich in oxygen in close proximity to the gas inlet plate. Erosion of the gas inlet plate by the plasma is prevented in this way, and deposition of the polymer on the gas inlet plate formed in the plasma is suppressed. The optimal cleaning plasma is approximately present between the gas inlet plate 9 and the support 4.
Description
제1도는 본 발명에 의한 방법을 실시하기에 적합한 장치의 개략도.1 is a schematic representation of an apparatus suitable for practicing the method according to the invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 슬라이스 3 : 반응실1: Slice 3: reaction chamber
4 : 지지대 6 : 가스 유입 시스템4: support 6: gas inlet system
9 : 가스 유입판 14 : 고주파 발생기9: gas inlet plate 14: high frequency generator
20 : 진공실 23 : 보조 유입 시스템20: vacuum chamber 23: auxiliary inlet system
24 : 튜브24: tube
본 발명은 하나의 재료층을 반응실에서 지지대상에 배치된 반도체 슬라이스에 증착시키는 것에 의한 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것으로서, 여기서 공정 가스는 지지대에 대향하여 배열된 다공의 가스 유입판을 구비한 가스 유입 시스템을 통하여 슬라이스를 향해 전달되고, 반응실은 불소 또는 불소 화합물과, 산소 또는 산소화합물을 구성하는 기체 혼합물에서 지지대와 가스 유입판 사이에 발생되는 플라즈마에 의해 증착 도중에 주기적으로 세척되는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device by depositing a layer of material on a semiconductor slice disposed on a support in a reaction chamber, wherein the process gas comprises a porous gas inlet plate arranged opposite the support. Passing through the gas inlet system toward the slice, the reaction chamber being periodically cleaned during deposition by fluorine or fluorine compound and plasma generated between the support and the gas inlet plate in the gas mixture comprising the oxygen or oxygen compound. will be.
그러한 증착 공정중에는, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 텅스텐, 또는 티타늄 질화물의 한층이 반도체 슬라이스 상에 증착된다. 이 공정 중에, 슬라이스는 화학적 기체 증착법(CVD)으로서 온도 400 내지 800℃까지 가열되고, 그후 공정 가스가 슬라이스를 향해 전달된다. 플라즈마 보강 화학적 기체 증착법의 경우에, 플라즈마는 지지대와 가스 유입판 사이에서 발생된다. 이때 상기 공정 가스는 기상(氣相) 실리콘 화합물, 실리콘 화합물 및 산소 또는 산소 화합물로 구성되는 기체 혼합물, 실리콘 화합물 및 질소 또는 질소 화합물로 구성되는 기체 혼합물, 텅스텐 화합물, 및 티타늄 화합물을 각각 구성한다. 보통의 실리콘 화합물은 실란(silane), 디클로로실란(dichlorosilane) 및 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane)인 반면에 보통의 산소 화합물은 아산화 질소이고, 보통의 질소 화합물은 암모니아 이다.During such deposition process, a layer of silicon, silicon oxide, silicon nitride, tungsten, or titanium nitride is deposited on the semiconductor slice. During this process, the slice is heated to a temperature of 400-800 ° C. by chemical vapor deposition (CVD), after which the process gas is delivered towards the slice. In the case of plasma enhanced chemical vapor deposition, plasma is generated between the support and the gas inlet plate. In this case, the process gas constitutes a gas mixture composed of a gaseous silicon compound, a silicon compound, and an oxygen or oxygen compound, a gas mixture composed of a silicon compound and a nitrogen or nitrogen compound, a tungsten compound, and a titanium compound, respectively. Common silicon compounds are silanes, dichlorosilanes and tetraethoxysilanes, whereas the common oxygen compounds are nitrous oxide and the common nitrogen compounds are ammonia.
공정 가스는 지지대에 대향하여 배치된 다공의 가스 유입판을 통하여 지지대 상에 위치한 슬라이스를 향하여 전달된다. 가스 유입판은, 예를 들어, 직경이 1 mm 가 되는 다수의 개구가 표면에 규칙적으로 분포되어 있는 알루미늄 판이다.Process gas is delivered towards the slice located on the support via a porous gas inlet plate disposed opposite the support. The gas inlet plate is, for example, an aluminum plate in which a plurality of openings having a diameter of 1 mm are regularly distributed on the surface.
또한 이 판은 소결된 알루미늄 분말과 같은 다공재로 제조될 수도 있다. 그러한 판은 소결된 재료에서 나타나는 채널에 의해 관통된다. 그러한 다공의 가스 유입판을 사용하면, 공정 가스가 슬라이스상에 균일하게 분포되고 따라서 균질한 증착이 달성된다. 가스 유입판은 적어도 슬라이스의 직경과 동일한 직경을 갖는다.The plate may also be made of a porous material such as sintered aluminum powder. Such plates are penetrated by channels that appear in the sintered material. Using such a porous gas inlet plate, the process gas is distributed evenly on the slice and thus homogeneous deposition is achieved. The gas inlet plate has a diameter at least equal to the diameter of the slice.
단일 슬라이스용 지지대는 공정 챔버 내에 배열될 수도 있지만, 다른 방법으로서 지지대에서 여러개의 슬라이스가 서로 이웃하게 배열될 수도 있다. 전자(前者)의 경우에, 챔버는 단일 가스 유입판을 갖는 가스 유입 시스템을 구비하고, 후자(後者)의 경우에 챔버는 비교적 큰 가스 유입판이나 또는 여러개의 가스 유입판을 갖는 가스 유입 시스템을 구비한다.The support for a single slice may be arranged in the process chamber, but alternatively several slices may be arranged next to each other on the support. In the former case the chamber has a gas inlet system with a single gas inlet plate, and in the latter case the chamber has a relatively large gas inlet plate or a gas inlet system with several gas inlet plates. Equipped.
증착 공정 중에, 하나의 재료층이 슬라이스 상에 증착되고 또한 슬라이스 부근에 위치한 챔버 부품에도 증착된다.During the deposition process, one layer of material is deposited on the slice and also on the chamber component located near the slice.
증착 공정이 반복될 때, 층이 연속하는 슬라이스 상에 증착되고, 이 챔버 부품 상에 증착되는 층도 두께가 증가한다. 챔버 부품 상의 층의 두께가 너무 두꺼워질때, 입자가 이 층에서 벗겨져 떨어지며 슬라이스 상에 박편으로 쌓일 수 있다. 이러한 입자들은 바람직하지 않으며 따라서, 반응실을 주기적으로 세척하여야만 한다.When the deposition process is repeated, layers are deposited on successive slices, and the layers deposited on these chamber components also increase in thickness. When the thickness of the layer on the chamber part becomes too thick, particles can peel off from this layer and flake on the slice. These particles are undesirable and therefore the reaction chamber must be cleaned periodically.
효과적인 세척을 하고자 하면, 불소 또는 불소화합물 및 산소 또는 산소 화합물로 구성되는 기체 혼합물에서 지지대와 가스 유입판사이에 플라즈마를 발생시켜 반응실 내로 전달하여 반응실을 세척할 때 효과적인 세척을 달성할 수 있다. 예를 들어, 실제적인 기체 혼합물은 CF4와 O2의 혼합물, SF6와 N2O의 혼합물, 또는 C2F6및 O2의 혼합물로서, 각각 10 내지 30 체적 %, 30 내지 50 체적 %, 및 40 내지 60 체적 %가 첨가될 때 최대의 효과적인 세척이 이루어진다. 여기에 언급한 재료는 그러한 플라즈마에 의해 대단히 효과적으로 제거될 수 있다.In order to perform an effective cleaning, a plasma may be generated between the support and the gas inlet plate in the gas mixture composed of fluorine or fluorine compound and oxygen or oxygen compound and transferred into the reaction chamber to achieve an effective cleaning when the reaction chamber is washed. For example, the actual gas mixture is a mixture of CF 4 and O 2 , a mixture of SF 6 and N 2 O, or a mixture of C 2 F 6 and O 2 , respectively, from 10 to 30% by volume and 30 to 50% by volume, respectively. , And maximum effective washing occurs when 40 to 60% by volume is added. The material mentioned here can be removed very effectively by such a plasma.
미국 특허 제4,960,488 호는 기체 혼합물을 가스 유입판을 통해 반응실로 전달시키는 서두에 언급한 방식의 방법을 설명하고 있다.U.S. Patent 4,960,488 describes a method of the aforementioned manner of delivering a gas mixture through a gas inlet plate to a reaction chamber.
공지된 방법을 사용하면 슬라이스에 인접한 챔버 부품이 용이하게 세척될 수 있음을 알게 된다. 그러나 공지된 방법도 단점이 있다. 즉, 가스 유입판은 세척 공정에 의해 가끔씩 지역적으로 침해를 받고, 때때로 불필요한 입자가 여전히 슬라이스 상에 쌓인다. 실제로 증착 공정 중에 반응실에서 증착되는 재료를 포함하는 어떠한 입자도 슬라이스에 도달하지는 않지만, 조성물이 다른 재료의 입자는 도달하게 된다. 조성은 세척 중에 사용되는 불소 화합물에 따른다는 것을 알게 되었다. 탄화 플루오르 화합물이 사용될 때 입자는 탄소를 포함하고, 황화 플루오르 화합물이 사용될 때 입자는 유황을 포함한다.It is appreciated that using known methods the chamber parts adjacent to the slice can be easily cleaned. However, known methods also have disadvantages. That is, the gas inlet plate is occasionally invaded locally by the cleaning process, and sometimes unwanted particles still accumulate on the slices. In fact, no particles, including the material deposited in the reaction chamber, reach the slices during the deposition process, but the particles of the other materials in the composition arrive. It has been found that the composition depends on the fluorine compound used during washing. The particles comprise carbon when a fluorocarbon compound is used and the particles comprise sulfur when a fluorinated fluoride compound is used.
본 발명의 목적은 특히 상기 단점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명에 의하여, 상기 목적을 위해 서두에 언급한 방법은, 비교적 산소가 풍부한 기체 혼합물의 일부(제1기체 혼합물)가 가스 유입판을 갖는 가스 유입 시스템을 통하여 반응실내로 전달되는 한편, 비교적 산소가 부족한 기체 혼합물의 일부(제2기체 혼합물)가 보조 유입 시스템을 통하여 반응실 내로 전달되는 것을 특징으로 한다.The object of the invention is in particular for solving the above disadvantages. According to the invention, the method mentioned at the outset for this purpose is characterized in that a portion of the relatively oxygen-rich gas mixture (first gas mixture) is transferred into the reaction chamber through a gas inlet system having a gas inlet plate, while relatively oxygen A portion of the gas mixture (second gas mixture) lacking is passed through the auxiliary inlet system into the reaction chamber.
불소 또는 불소 화합물과 산소 또는 산소 화합물로 구성되는 기체 혼합물에서 발생된 플라즈마는 이 기체 혼합물 내에 일정량의 산소 또는 산소 화합물이 존재할때 최적의 세척 효과를 갖는다. 예를 들어, 10 내지 30 체적 %, 30 내지 50 체적 %, 또는 40 내지 60 체적 % 의 산소 또는 산소 화합물에서 최적 세척 효과를 발휘하였다. 기체 혼합물이 상기 최적량보다 많거나 적게 구성하면 세척이 더 오래 걸리게 된다. 덧붙여 기체 혼합물내의 산소는 탄소 또는 유황을 포함하는 중합체의 형성을 억제하고, 따라서 탄소 또는 유황으로 구성되는 입자의 증착을 억제한다. 비교적 산소가 풍부한 기체 혼합물의 부분은 최적량의 산소 또는 산소 화합물보다 더 많은 구성비를 갖는 기체 혼합물인 것으로 이해해야 하는 반면에, 비교적 산소가 부족한 기체 혼합물의 부분은 상기 최적량보다 더 적은 구성비를 갖는 기체 혼합물인 것으로 이해해야 한다.Plasma generated from a fluorine or fluorine compound and a gas mixture composed of oxygen or oxygen compounds has an optimal cleaning effect when a certain amount of oxygen or oxygen compound is present in the gas mixture. For example, 10 to 30% by volume, 30 to 50% by volume, or 40 to 60% by volume of oxygen or oxygen compounds exhibited an optimal cleaning effect. If the gas mixture constitutes more or less than the optimum amount, the cleaning takes longer. In addition, the oxygen in the gas mixture inhibits the formation of polymers comprising carbon or sulfur, and thus inhibits the deposition of particles composed of carbon or sulfur. It is to be understood that the portion of the relatively oxygen-rich gas mixture is a gas mixture having a higher composition ratio than the optimum amount of oxygen or the oxygen compound, whereas the portion of the gas mixture having a relatively low oxygen content has a composition ratio less than the optimum amount. It is to be understood that this is a mixture.
비교적 산소가 풍부한 기체 혼합물의 부분은 가스 유입판을 통과하여 흐르기때문에, 가스 유입판에 근접한 세척 플라즈마가 산소를 비교적 풍부하게 가지고 있다. 이 때문에 가스 유입판 부근에서 세척이 비교적 느리게 진행되고 따라서 가스 유입판에의 침식을 방지하는 일이 달성된다. 또한, 플라즈마 내에 있는 비교적 다량의 산소는 가스 유입판에 탄소 또는 유황 입자의 증착을 억제시킨다. 그러한 입자는 전술한 공지 방법의 경우와 같이 슬라이스에 도달할 수 있다. 산소가 부족한 기체 혼합물의 부분이 독립된 보조 유입 시스템을 통과하여 반응실 내로 유입된다는 사실은 가스 유입판과 홀더 사이에 최적 구성비의 기체 혼합물이 평균적으로 존재하게 만들고, 따라서 가스 유입판에 근접한 영역과 보조 유입 시스템에 근접한 영역을 제외하고 플라즈마가 최적의 효율성을 갖게 된다.Since a portion of the relatively oxygen-rich gas mixture flows through the gas inlet plate, the cleaning plasma close to the gas inlet plate has a relatively rich oxygen. For this reason, the washing proceeds relatively slowly in the vicinity of the gas inlet plate, and thus the work of preventing erosion to the gas inlet plate is achieved. In addition, a relatively large amount of oxygen in the plasma inhibits the deposition of carbon or sulfur particles on the gas inlet plate. Such particles can reach the slice as in the case of the known methods described above. The fact that a portion of the oxygen-deficient gas mixture is introduced into the reaction chamber through an independent auxiliary inlet system results in an average composition of gas mixture between the gas inlet plate and the holder on average, and thus the region adjacent to the gas inlet plate and the auxiliary Except for areas close to the inlet system, the plasma will have optimum efficiency.
유리하게는, 본 발명에 의하여, 비교적 산소가 풍부한 기체 혼합물의 부분은 반응실 내에 배열된 지지대의 개구를 통과하여 반응실 내로 전달된다. 슬라이스는 증착 중에 지지대 상에 나타나기 때문에, 슬라이스에 의해 덮인 홀더 부분에는 실제로 어떤 물질도 도달하지 않는다. 이에 따라 실제로 이 표면에서는 세척 중에 어떤 물질도 제거할 필요가 없다. 산소가 풍부한 기체 혼합물 부분이 지지대의 개구를 통해 공급될 때, 홀더는 심하지 않게 세척되고, 따라서 플라즈마에 의한 침식이 방지되게 된다.Advantageously, according to the invention, a portion of the relatively oxygen-rich gas mixture is passed into the reaction chamber through an opening of a support arranged in the reaction chamber. Since the slice appears on the support during deposition, no material actually reaches the holder portion covered by the slice. As a result, there is no need to remove any material from the surface during cleaning. When the oxygen-rich gas mixture portion is supplied through the opening of the support, the holder is not severely cleaned, thus preventing erosion by the plasma.
이러한 처리법은 다른 이유 때문에 지지대에 이미 가스관이 설치되어 있으면 매우 용이하게 실현시킬 수 있다. 이러한 것에는 진공에 의해 증착 중에 지지대에 슬라이스를 고정시키는 흡입구가 설치된 지지대의 경우와, 증착 중에 슬라이스와 지지대 사이에 열전달 가스 쿠션을 수행하는 가스 도관이 설치된 홀더의 경우가 있다. 이러한 지지대는 구조가 복잡하고 따라서 가격이 비싸다. 본 발명은 이러한 값비싼 지지대의 경우에 세척 플라즈마에 의한 침식을 방지하는데 특별한 관심이 있다.This treatment can be realized very easily if a gas pipe is already installed on the support for other reasons. These include the case of a support provided with a suction port for fixing a slice to a support during deposition by a vacuum and a holder provided with a gas conduit for performing a heat transfer gas cushion between the slice and the support during deposition. Such supports are complex in structure and therefore expensive. The present invention is of particular interest in preventing erosion by the cleaning plasma in the case of such expensive supports.
가스 유입판에의 침식과 가스 유입판에의 입자의 증착은, 비교적 산소가 풍부한 기체 혼합물의 부분이 기체 혼합물로부터 불소 또는 불소 화합물을 구성하지 않을 때 가장 강력하게 방지된다. 가스 유입판을 통해서, 가능하면 지지대의 개구를 통해 반응실내로 전달된 기체 혼합물은 산소 또는 산소 화합물만을 구성하고, 불소 또는 불소 화합물을 구성하지 않는다. 그때 플라즈마의 세척 작용은 가스 유입판 부근에서, 가능하면 지지대 부근에서 최소가 되고, 또한 예를 들어, 반응실 부품상에 탄소 입자가 최소로 증착한다.Erosion on the gas inlet plate and deposition of particles on the gas inlet plate are most strongly prevented when a portion of the relatively oxygen rich gas mixture does not constitute fluorine or fluorine compounds from the gas mixture. The gas mixture delivered through the gas inlet plate and possibly through the opening of the support into the reaction chamber constitutes only oxygen or oxygen compounds, not fluorine or fluorine compounds. The cleaning action of the plasma is then minimal in the vicinity of the gas inlet plate, possibly near the support, and, for example, minimal deposition of carbon particles on the reaction chamber parts.
비교적 산소가 풍부한 기체 혼합물의 부분이 기체 혼합물로부터 모든 산소 또는 모든 산소 혼합물로 구성되면 실제로 세척공정이 용이하게 수행될 수 있다. 그때 산소 또는 산소 화합물은 불소 또는 불소 화합물과는 완전히 분리되어서 반응실내로 전달된다. 그결과, 두개의 유동이 서로 완전히 독립적으로 용이하게 조절될 수 있고, 이에 의해 플라즈마의 세척작용이 최적 상태를 유지하는 동안 가스 유입판에의 침식과 불필요한 입자의 증착이 가능한 양호하게 방지될 수 있다.If the portion of the relatively oxygen-rich gas mixture consists of all oxygen or all oxygen mixtures from the gas mixture, the cleaning process can be easily carried out in practice. The oxygen or oxygen compound is then completely separated from the fluorine or fluorine compound and transferred into the reaction chamber. As a result, the two flows can be easily adjusted completely independently of each other, whereby the erosion to the gas inlet plate and the deposition of unnecessary particles can be prevented as well as possible while the plasma cleaning operation remains optimal. .
개략적인 도면은 반도체 디바이스를 제조하는 방법을 수행하는 장치를 도시하고, 여기서 하나의 재료층(2)이 반도체 슬라이스(1: slice)상에 증착되고, 슬라이스(1)는 반응실(3) 내에서 지지대(4)상에 놓인다. 증착 공정중에, 화살표로 개략적으로 도시된 공정 가스(5)는 가스 유입 시스템(6)을 통과하여 슬라이스(1)를 향해 전달된다. 증착중에 슬라이스는 “화학적 기체 증착법”의 경우에 400℃ 내지 800℃ 의 온도 까지 보통의 방법으로 전달된다. “플라즈마 보강 화학적 기체 증착법”의 경우에는 지지대와 가스 유입판사이에 보통의 방법으로 플라즈마를 발생시킨다.The schematic drawing shows an apparatus for carrying out a method of manufacturing a semiconductor device, in which one layer of material 2 is deposited on a semiconductor slice 1, and the slice 1 is in the reaction chamber 3. On the support (4). During the deposition process, the process gas 5 schematically depicted by the arrow passes through the gas inlet system 6 towards the slice 1. During deposition, the slices are transferred in the usual way up to temperatures of 400 ° C. to 800 ° C. in the case of “chemical gas deposition”. In the case of "plasma enhanced chemical vapor deposition", plasma is generated in the usual way between the support and the gas inlet plate.
가스 유입 시스템(6)은 다수의 튜브(7)와 가스 유입실(8)로 구성되고, 가스 유입실의 한벽은 지지대(4)에 대향하여 배치된 다공의 가스 유입판(9)을 형성한다. 가스 유입판(9)은, 예를 들어 알루미늄판으로서, 직경 1 mm인 다수의 개구가 표면에 균일하게 분포된다. 또한 판은 소결된 알루미늄 분말과 같은 다공재로서 제조될 수도 있다. 그러한 판은 소결된 재료에 존재하는 채널에 의해 개구가 관통된다. 다공의 가스 유입판(9)을 사용하면, 공정 가스(5)가 슬라이스(1)상에 균질하게 분포되고, 따라 균질한 증착이 얻어진다. 가스 유입판(9)의 직경은 적어도 슬라이스와 동일한 크기의 직경으로서, 예를 들어 15 cm이다.The gas inlet system 6 consists of a plurality of tubes 7 and a gas inlet chamber 8, one wall of the gas inlet chamber forming a porous gas inlet plate 9 disposed opposite the support 4. . The gas inflow plate 9 is, for example, an aluminum plate, in which a plurality of openings having a diameter of 1 mm are uniformly distributed on the surface. The plate may also be manufactured as a porous material such as sintered aluminum powder. Such plates are penetrated by openings present in the sintered material. When the porous gas inlet plate 9 is used, the process gas 5 is homogeneously distributed on the slice 1, and thus homogeneous deposition is obtained. The diameter of the gas inlet plate 9 is at least the same size as the slice, for example 15 cm.
단일 슬라이스(1)를 위한 지지대(4)는 반응실(3)내에 배치될 수 있으나, 다른 방법으로서 본 실시 예에서 2 개의 슬라이스를 놓은 것 같이 여러개의 슬라이스가 서로 이웃하게 지지대(4)상에 배치될 수도 있다. 전자의 경우에 반응실(3)은 단일 가스 유입판(9)을 갖는 가스 유입 시스템(6)으로 구성되고, 후자의 경우에 다수의 가스 유입판(9)을 갖는 시스템으로 구성된다.The support 4 for the single slice 1 may be arranged in the reaction chamber 3, but alternatively, several slices may be adjacent to each other on the support 4 as in the present embodiment two slices are placed. It may be arranged. In the former case the reaction chamber 3 consists of a gas inlet system 6 with a single gas inlet plate 9, and in the latter case a system with a plurality of gas inlet plates 9.
실리콘, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물, 텅스텐 또는 티타늄 질화물과 같은 재료층(2)이 증착 공정중에 반도체 슬라이스(1)상에 증착된다. 그때 공정 가스는 기상 실리콘 화합물, 실리콘 화합물과 산소 또는 산소 화합물을 갖는 기체 혼합물, 실리콘 화합물과 질소 또는 질소 화합물을 갖는 기체 혼합물, 텅스턴 화합물, 또는 티타늄 화합물을 각각의 경우에 구성한다. 보통의 실리콘 화합물은 실란, 디클로로실란 및 테트라에톡시실란이고, 보통의 산소 화합물은 아산화질소이고, 보통의 질소 화합물은 암모니아이다.A layer of material 2, such as silicon, silicon oxide or silicon nitride, tungsten or titanium nitride, is deposited on the semiconductor slice 1 during the deposition process. The process gas then constitutes in each case a gaseous silicon compound, a gas mixture with a silicon compound and an oxygen or oxygen compound, a gas mixture with a silicon compound and a nitrogen or nitrogen compound, a tungsten compound, or a titanium compound. Common silicon compounds are silanes, dichlorosilanes and tetraethoxysilanes, common oxygen compounds are nitrous oxide, and common nitrogen compounds are ammonia.
재료층(2)은 증착 공정중에 슬라이스(1)에 증착되고 또한 슬라이스 부근에 위치한 반응실 부품에도 증착된다.The material layer 2 is deposited on the slice 1 during the deposition process and also on the reaction chamber component located near the slice.
예를 들어, 가스 유입판 둘레에 위치한 스크린(11)과, 지지대(4)의 부분(12)은 슬라이스(1)에 의해 덮이지 않는다. 증착 공정이 반복될 때, 층이 다른 슬라이스에 증착되고, 반응실 부품에서 층의 두께가 증가한다. 반응실 부품에의 층이 너무 두꺼워지면, 입자가 이 층에서 떨어져 날리게 되고 슬라이스에 도달할 수도 있다. 이러한 입자들은 바람직하지 않다. 따라서, 반응실(3)은 불소 또는 불소 화합물과 산소 또는 산소 화합물로 구성되는 기체 혼합물에서 지지대(4)와 가스 유입판(9)사이에 플라즈마를 발생시켜 주기적으로 세척된다. 이를 위하여 지지대(4)는 13.5 MHz에서 작동하는 보통의 고주파 발생기(14)의 하나의 전극(13)에 연결되는 반면에, 가스 유입판(9)과 스크린(11)은 상기 고주파 발생기(14)의 다른 전극(15)에 연결된다.For example, the screen 11 located around the gas inlet plate and the portion 12 of the support 4 are not covered by the slice 1. When the deposition process is repeated, layers are deposited on different slices, increasing the thickness of the layers in the reaction chamber components. If the layer to the reaction chamber part becomes too thick, particles may blow away from this layer and reach the slice. Such particles are undesirable. Thus, the reaction chamber 3 is periodically cleaned by generating a plasma between the support 4 and the gas inlet plate 9 in a gas mixture composed of fluorine or fluorine compound and oxygen or oxygen compound. For this purpose the support 4 is connected to one electrode 13 of a normal high frequency generator 14 operating at 13.5 MHz, while the gas inlet plate 9 and the screen 11 are connected to the high frequency generator 14. Is connected to another electrode 15.
이러한 세척을 위한 실용적인 기체 혼합물은, 예를 들어, CF4및 O2의 혼합물, SF6및 N2O의 혼합물, 또는 C2F6및 O2의 혼합물로서, 산소(O2)가 10 내지 30 체적 %, 30 내지 50 체적 %, 또는 40 내지 60 체적 % 가 제각기 첨가될 때 최고의 세척 작용을 한다. 실리콘, 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물과 같은 위에 언급한 재료는 플라즈마에 의해 효과적으로 제거될 수 있다. 이 실시예에서 지지대는 슬라이스(1)가 배치될 수 있으며, 흡입구(19)가 설치된 접촉판(16)을 구비한다. 또한 지지대는 라인(21)을 통해 진공 펌프(도시되지 않음)에 연결되는 진공실(20)을 구비한다. 증착 중에 진공실(20)은 저압으로 되어서, 슬라이스(1)는 진공에 의하여 흡입구(19)를 통해 지지대에서 유지된다.Practical gas mixtures for such washing are, for example, mixtures of CF 4 and O 2 , mixtures of SF 6 and N 2 O, or mixtures of C 2 F 6 and O 2 with oxygen (O 2 ) of from 10 to 10. 30% by volume, 30-50% by volume, or 40-60% by volume, respectively, adds the best cleaning action. The above mentioned materials such as silicon, silicon oxide and silicon nitride can be effectively removed by the plasma. In this embodiment the support is provided with a contact plate 16 on which a slice 1 can be arranged, on which a suction port 19 is provided. The support also has a vacuum chamber 20 which is connected via a line 21 to a vacuum pump (not shown). During deposition, the vacuum chamber 20 is at a low pressure so that the slice 1 is held at the support through the inlet 19 by vacuum.
사용되지 않은 반응가스와 증착 중에 방출되는 가스와 같은 잔류 가스는 흡입구(22)를 통하여 반응실(3)로부터 제거된다.Residual gas, such as unused reactant gas and gas released during deposition, is removed from the reaction chamber 3 through the inlet 22.
반응실(3)의 세척중에, 본 발명에 의하여, 비교적 산소가 풍부한 기체 혼합물의 부분은 가스 유입판(9)으로 구성되는 가스 유입 시스템(5)을 통하여 반응실에 전달되는 반면에, 비교적 산소가 부족한 기체 혼합물의 부분은 보조 유입 시스템(23)을 통하여 반응실 내로 전달된다. 이 실시예에서 보조 유입 시스템은 지지대(4)를 둘러싸고 있으며 가스 배출 개구(25)가 제공된 튜브(24)로 구성된다. 세척용으로 사용된 가스는 도면에 도시되지 않은 라인을 통과하여 튜브(24)내로 이송되어야 한다.During the washing of the reaction chamber 3, according to the invention, a portion of the relatively oxygen-rich gas mixture is transferred to the reaction chamber through a gas inlet system 5 consisting of a gas inlet plate 9, while relatively oxygen The portion of the gas mixture lacking is passed into the reaction chamber through the auxiliary inlet system 23. The secondary inlet system in this embodiment consists of a tube 24 surrounding the support 4 and provided with a gas outlet opening 25. The gas used for cleaning must be conveyed into the tube 24 through a line not shown in the figure.
불소 또는 불소 화합물과 산소 또는 산소 화합물로 구성되는 기체 혼합물에서 발생된 플라즈마는 이 기체 혼합물 내에 일정량의 산소 또는 산소 화합물이 존재할 때 최적의 세척 효과를 갖는다. 예를 들어, 10 내지 30 체적 %, 30 내지 50 체적 %, 또는 40 내지 60 체적 %의 산소 또는 산소 화합물에서 최적 세척 효과를 발휘하였다. 기체 혼합물이 상기 최적량보다 많거나 적게 포함하면 세척이 더 오래 걸린다. 비교적 산소가 풍부한 기체 혼합물의 부분은 최적량의 산소 또는 산소 화합물보다 더 많은 구성비를 갖는 기체 혼합물의 부분인 반면에, 비교적 산소가 부족한 기체 혼합물의 부분은 상기 최적량보다 더 적은 양을 포함하는 부분이다. 양호한 세척은, 분당 600 scc C2F6와 1200 scc O2의 기체 혼합물이 가스 유입판(9)을 통해 공급되고, 분당 1200 scc C2F6와 600 scc O2의 기체 혼합물이 튜브(24)를 통해 공급되었을 때 얻어졌다.Plasma generated from a fluorine or fluorine compound and a gas mixture composed of oxygen or oxygen compounds has an optimal cleaning effect when a certain amount of oxygen or oxygen compound is present in the gas mixture. For example, optimal cleaning effects were achieved at 10-30% by volume, 30-50% by volume, or 40-60% by volume of oxygen or oxygen compounds. If the gas mixture contains more or less than the optimum amount, the washing takes longer. The portion of the gas mixture that is relatively oxygen rich is the portion of the gas mixture that has more composition ratio than the optimum amount of oxygen or oxygen compound, while the portion of the gas mixture that lacks the oxygen contains less than the optimum amount to be. A good wash is that a gas mixture of 600 scc C 2 F 6 and 1200 scc O 2 per minute is fed through the gas inlet plate 9 and a gas mixture of 1200 scc C 2 F 6 and 600 scc O 2 per minute is connected to the tube (24). Obtained when
비교적 산소가 풍부한 기체 혼합물의 부분은 가스 유입판을 통과하여 흐르기 때문에, 가스 유입판(9)에 근접한 세척 플라즈마가 산소를 비교적 풍부하게 가지고 있다. 이 때문에 가스 유입판(9) 부근에서 세척이 비교적 느리게 진행되고 따라서 가스 유입판에의 침식을 좌절시키는 일이 달성된다. 또한, 플라즈마 내에 있는 비교적 다량의 산소는 가스 유입판(9)에 탄소 또는 유황 입자의 증착을 억제시킨다. 그러한 입자는 슬라이스(1)에 도달할 수 있다. 산소가 부족한 기체 혼합물의 부분이 보조 유입 시스템(23)을 통과하여 반응실내로 전달되면, 가스 유입판(9)과 지지대(4)사이에 최적 구성비의 기체 혼합물이 평균적으로 존재하게 만들고, 따라서 가스 유입판(9)에 근접한 영역과 보조 유입 시스템(23)에 근접한 영역을 제외하고 플라즈마가 최적의 효율성을 갖는다.Since a portion of the relatively oxygen-rich gas mixture flows through the gas inlet plate, the cleaning plasma near the gas inlet plate 9 has a relatively rich oxygen. For this reason, washing | cleaning advances comparatively slowly in the vicinity of the gas inlet plate 9, and therefore the work which thwarts erosion to a gas inlet plate is achieved. In addition, a relatively large amount of oxygen in the plasma inhibits the deposition of carbon or sulfur particles on the gas inlet plate 9. Such particles can reach slice 1. When a portion of the gas mixture lacking oxygen is passed through the auxiliary inlet system 23 into the reaction chamber, an optimum composition ratio of gas mixture is present between the gas inlet plate 9 and the support 4 on average, and thus the gas Plasma has optimum efficiency except in the region near the inlet plate 9 and in the region near the auxiliary inlet system 23.
유리하게는, 본 발명에 의하여, 비교적 산소가 풍부한 기체 혼합물의 부분은 반응실(3) 내에 배열된 지지대(4)의 개구를 통과하여 반응실(3) 내로 전달된다. 슬라이스(1)는 증착 중에 지지대(4) 상에 나타나기 때문에 슬라이스에 의해 덮인 지지대(4) 부분에는 실제로 어떤 물질도 증착하지 않는다. 이에 따라 실제로 이 표면에서는 세척 중에 어떤 물질도 제거되지 않을 것이다. 산소가 풍부한 기체 혼합물의 부분이 개구(19)를 통해 공급될 때, 지지대는 심하지 않게 세척되고 따라서 플라즈마에 의한 침식이 방지되는 일이 생긴다. 가스 유입판(9)파 지지대(4)를 실질적으로 침식시키지 않는 양호한 세척 작용은, 300 scc C2F6와 600 scc O2의 기체 혼합물이 가스 유입판(9)과 지지대(4)를 통해 공급되고, 또 1200 scc C2F6와 600 scc O2의 기체 혼합물이 튜브(24)를 통해 공급될 때 얻어진다.Advantageously, according to the invention, a portion of the relatively oxygen-rich gas mixture is passed into the reaction chamber 3 through the opening of the support 4 arranged in the reaction chamber 3. Since the slice 1 appears on the support 4 during deposition, no material is actually deposited on the portion of the support 4 covered by the slice. As a result, no material will be removed from the surface during cleaning. When a portion of the oxygen-rich gas mixture is supplied through the opening 19, the support is not severely cleaned and thus erosion by plasma occurs. A good cleaning action that does not substantially corrode the gas inlet plate 9 and the wave support 4 is that a gas mixture of 300 scc C 2 F 6 and 600 scc O 2 passes through the gas inlet plate 9 and the support 4. And a gas mixture of 1200 scc C 2 F 6 and 600 scc O 2 is supplied through the tube 24.
가스 유입판(9)에의 침식과 가스 유입판(9)에의 입자의 증착은, 비교적 산소가 풍부한 기체 혼합물의 부분이 기체 혼합물로부터 불소 또는 불소 화합물을 포함하지 않을 때 가장 강력하게 방지된다. 가스 유입판(9)을 통해, 가능하면 지지대(4)의 개구(19)를 통해 반응실내로 전달된 기체 혼합물은 산소 또는 산소 화합물만을 포함하고, 불소 또는 불소화합물을 포함하지 않는다. 그때 플라즈마의 세척 작용은 가스 유입판(9) 부근에서, 가능하면 지지대(4) 부근에서 최소가 되고, 또한 예를 들어, 반응실 부품(10, 11, 12) 상에 탄소입자의 증착이 최소로 된다. 실시예에서, 예를 들어 분당 600 scc O2가 가스 유입판(9)을 통해 공급되고, 600 scc O2가 지지대(4)를 통해 공급되고, 600 scc O2와 1800 scc C2F6의 기체 혼합물이 튜브(24)를 통해 공급된다.Erosion on the gas inlet plate 9 and deposition of particles on the gas inlet plate 9 are most strongly prevented when a portion of the relatively oxygen-rich gas mixture does not contain fluorine or fluorine compounds from the gas mixture. The gas mixture delivered through the gas inlet plate 9, possibly through the opening 19 of the support 4, into the reaction chamber contains only oxygen or an oxygen compound and no fluorine or fluorine compound. At this time, the plasma cleaning action is minimized in the vicinity of the gas inlet plate 9, if possible, in the vicinity of the support 4, and for example, the deposition of carbon particles on the reaction chamber parts 10, 11, 12 is minimal. It becomes In an embodiment, for example, 600 scc O 2 per minute is fed through the gas inlet plate 9, 600 scc O 2 is fed through the support 4, and 600 scc O 2 and 1800 scc C 2 F 6 are The gas mixture is fed through tube 24.
비교적 산소가 풍부한 기체 혼합물의 부분이 기체 혼합물로부터 모든 산소 또는 모든 산소 화합물로 구성되면, 실제로 세척 공정이 용이하게 수행될 수 있다. 그때 산소 또는 산소 화합물은 불소 또는 불소 화합물과는 완전히 분리되어서 반응실내로 전달된다. 그 결과, 두 개의 유동이 서로 완전히 독립적으로 용이하게 조절될 수 있고, 따라서 플라즈마의 세척 작용이 최적 상태를 유지하는 동안 가스 유입판에의 침식과 불필요한 입자의 증착이 가능한 양호하게 방지될 수 있다.If a portion of the relatively oxygen-rich gas mixture consists of all oxygen or all oxygen compounds from the gas mixture, then the cleaning process can be easily carried out in practice. The oxygen or oxygen compound is then completely separated from the fluorine or fluorine compound and transferred into the reaction chamber. As a result, the two flows can be easily adjusted completely independently of each other, so that erosion to the gas inlet plate and deposition of unnecessary particles can be prevented as well as possible while the cleaning action of the plasma remains optimal.
실시예에서, 예를 들어 분당 900 scc O2가 가스 유입판(9)을 통해 공급되고, 900 scc O2가 지지대(4)를 통해 공급되고, 1800 scc C2F6가 튜브(24)를 통해 공급된다.In an embodiment, for example, 900 scc O 2 per minute is supplied through the gas inlet plate 9, 900 scc O 2 is supplied via the support 4, and 1800 scc C 2 F 6 is the tube 24. Supplied through.
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