KR100327329B1 - 저압하의실리콘산화막및산질화막형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리콘 산화막 및 산질화막을 형성하는 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 실리콘 산화막 형성방법은, 실리콘 기판을 로 안으로 인입하고, 로 내부의 압력을 760 torr 이하로 유지하면서, O2및 H2가스를 반응시켜 생성된 H2O 가스를 주입하여 실리콘 기판을 습식 산화하는 것을 특징으로 한다. 습식산화막을 로안으로 인입하고, 로 내부의 압력을 760 torr 이하로 유지하면서, NO 또는 N2O가스를 주입하여 산질화막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 저압하에서 산화 및 산질화과정을 수행함으로써 성장되는 산화막 및 산질화막의 두께 조절이 용이하면서도 균일하며, 신뢰성있는 산화막, 산질화막 및 이들의 복합막을 얻을 수 있다.

Description

저압하의 실리콘 산화막 및 산질화막 형성방법
본 발명은 실리콘 산화막 및 산질화막을 형성하는 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자에 사용되는 실리콘 산화막 및 산질화막을 형성하는 방법에 관한 것이다.
고집적 반도체 소자에서 각 층을 이루고 있는 막의 특성은 결과적으로 제조된 반도체 소자의 특성을 좌우한다. 따라서, 신뢰성 있는 양질의 막을 형성하는 것은 반도체 제조과정에서 상당히 중요한 문제이다. 실리콘 산화막(silicon oxide; SiO2, 이하 간단히 산화막이라 한다) 및 실리콘 산질화막(silicon oxynitride; SiOxNy, 이하 간단히 산질화막이라 한다)은 반도체 소자를 이루는 중요한 층이다. 특히, 산화막이나 산질화막, 또는 이들의 복합막이 게이트 산화막이나 터널 산화막과 같이 극히 얇은, 예를 들어 50Å 이하의 두께를 갖는 박막으로서 이용될 때, 그 형성방법에 따라 균일성, 누설전류 특성, 신뢰성, 재현성 등의 제 특성들이 다르게 되고, 그에 따라 완성된 반도체 소자의 특성에 커다란 영향을 끼치게 된다.
일반적으로 산화막을 형성하는 방법은 대기압 상태의 고온의 로에서 수행되는 열산화로서, 크게 건식산화와 습식산화의 두 가지로 구분할 수 있다. 건식산화는 실리콘 기판이 인입된 고온의 로에 O2가스를 주입하여 실리콘과 반응시켜 산화막을 형성하고, 습식산화는 H2와 O2를 불꽃반응시켜 H2O 가스를 생성한 다음 이를 주입하여 로 안에서 실리콘과 반응시켜 산화막을 형성한다. 습식산화는 건식산화에 비해 얻어진 산화막의 전기적 특성은 좋으나 반응속도가 빨라 두께 조절이 어렵다.
또한, 종래의 산질화막을 형성하는 방법은 NO나 N2O 가스를 마찬가지로 대기압 상태의 고온의 로에서 실리콘과 반응시켜 산질화막을 형성하는 방법이 일반적이다. 이러한 산질화막은 단독으로, 또는 상기의 건식산화 또는 습식산화에 의해 얻어진 산화막에 대하여 산질화공정을 수행함으로써 얻어진 산화막과 산질화막의 복합막의 형태로 게이트 산화막이나 터널 산화막 등의 용도로 사용된다.
한편, 이렇게 얻어진 산화막과 실리콘 기판의 계면에는 포획전하(trapped charge), 유동전하(mobile charge) 등 산화막의 신뢰성에 영향을 미치는 전하 이온들이 존재하는데, 이들은 일반적으로 산화막 성장온도가 낮을수록 많아진다. 따라서, 가능한 한 높은 온도에서 산화공정을 진행하게 되는데, 그렇게 되면, 특히 대기압하의 조건에서 성장속도가 빨라지고 두께 조절이 더 어렵게 된다. 따라서, 종래의 대기압하의 건식산화 및 습식산화공정으로 두께가 얇은, 예를 들어 50Å 이하의 두께를 갖는 게이트 산화막이나 터널 산화막을 형성하면 두께의 균일성이 떨어지고, 직접 터널링(direct tunneling) 등의 문제점이 있어, 초박막의 산화막 형성공정으로는 적절하지 않다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 미국 특허 US 4,330,930호 "Electrically Alterable Read Only Memory Semiconductor Device Made by Low Pressure Chemical Vapor Deposition Process", US 5,504,021호 "Method of Fabricating Thin O/N/O Stacked Dielectric for High-Density DRAMs", US 5,693,578호 "Method of Forming Thin Silicon Oxide Film with High Dielectric Breakdown and Hot Carrier Resistance", US 5,298,436호 "Forming a Device Dielectric on a Deposited Semiconductor Having Sub-Layer" 등에서는 대기압 이하에서 수행되는 저압 건식산화공정을 제안한 바 있다. 그러나, 아직까지 얻어지는 산화막의 전기적 특성이 더 우수한 습식산화공정에 대해서는 저압공정이 개발되지 않았다. 또한, NO나 N2O 가스를 이용한 산질화공정에서도 마찬가지로 두께 조절이 용이하고 막질의 특성이 양호한 저압공정이 개발되지 않았다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 얻어지는 막질의 제반 특성이 양호하고 재현성이 좋은 저압 습식 산화막의 형성방법을 제공하는 것이다.
도1은 본 발명의 실시예에 따라 실리콘 산화막 및 산질화막을 형성할 때 사용하는 산화장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도2는 도1의 A 부분을 확대한 도면이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따라 실리콘 산화막 및 산질화막을 형성할 때, 온도, 압력, 가스 주입 타이밍 등의 공정조건을 도시한 도면이다.
도4 및 도5는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 실리콘 산화막 및 실리콘 산질화막을 도시한 단면도이다.
도6은 대기압과 저압하에서 건식산화 방법을 사용하여 실리콘 산화막을 성장했을 때, 그 성장시간과 성장된 산화막의 두께 관계를 도시한 그래프이다.
도7은 본 발명의 실험예들에서 웨이퍼 상에 형성된 실리콘 산화막의 두께를 측정하는 지점들을 나타낸 도면이다.
도8은 본 발명의 실시예에 따라 저압하에서 습식산화 방법에 의해 실리콘 산화막을 성장했을 때, 그 성장시간과 성장된 산화막의 두께 관계를 도시한 그래프이다.
도9는 종래의 방법과 본 발명의 실시예에 따라 저압하에서 실리콘 산질화막을 성장했을 때, NO 가스의 압력과 성장된 산질화막의 질소 함유량의 관계를 도시한 그래프이다.
도10은 본 발명의 실시예에 따라 저압하에서 실리콘 산질화막을 성장했을 때, NO 가스의 압력과 성장된 산질화막의 두께 관계를 도시한 그래프이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 실리콘 산화막의 형성방법은, 실리콘 기판을 로 안으로 인입하는 단계 및 로 내부의 압력을 760 torr 이하로 유지하면서, O2및 H2가스를 반응시켜 생성된 H2O 가스를 주입하여 실리콘 기판을 습식 산화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 저압 습식산화 단계 뒤에 NO 또는 N2O 가스를 주입하여 산질화하는 단계를 더 구비할 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 저압 산질화 단계 앞에 저압 습식산화공정 또는 저압 건식산화공정을 수행할 수도 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면 습식산화 및 산질화공정을 저압하에서 진행함으로써, 두께 조절이 용이하고 양질인 산화막 및 산질화막을 얻을 수 있다. 또한, 이 두 공정을 결합함으로써 더욱 양질의 복합막을 얻을 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 실시예에 사용되는 산화장치에 대해 개략적으로 설명한다. 도1은 산화장치의 개략적인 구성을 도시한 단면도로서, 산화장치는, 가스 주입구(102)와 배기구(104), 반응튜브(106), 히터(108)가 구비된 산화로(100)와, 고진공 상태에서 실리콘 웨이퍼(110)가 적재된 웨이퍼 보트(112)가 대기하는 로드록 챔버(Load Lock Chamber, 114)로 이루어진다. 또한, 산화로(100)와 로드록 챔버(114) 사이에는, 웨이퍼 보트(112)가 수직이동에 의해 산화로(100)의 반응튜브(106)로 인입되거나 로드록 챔버(114)로 인출되는 인입구(116)가 마련되어 있다. 그리고, 배기구(104)에는 반응튜브(106) 내의 압력을 조절하기 위한 가스의 주입구(118), 배기를 조절하기 위한 밸브(120) 및 배기펌프(122)가 구비된다.
한편, 도1의 장치는 수직형의 산화장치를 도시했지만, 본 발명은 수평형의 산화장치를 사용할 수 있고, 가스 주입구(102)의 위치도 반응튜브(106)의 하부 측면과 연결되는 구조를 도시했지만, 반응튜브(106)의 상단과 연결되도록 할 수도 있다. 또한, 본 발명의 이용 태양에 따라 200∼300 torr 정도의 저압을 위해서는, 10-3torr 수준의 진공에 가까운 저압을 가능하게 하는 배기펌프(122)를 사용하지 않을 수도 있다. 즉, 이런 정도의 저압을 위해서는 도2에 도시된 바와 같은 노즐 구조의 배기구로도 충분하다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 산화 및 질산화 과정의 기판온도, 가스 주입 타이밍 및 산화로내 압력의 추이를 도시한 도면이고, 도4 및 도5는 본 발명의 실시예에 따른 산화 및 산질화를 수행함에 따라 실리콘 기판 상에 형성되는 실리콘 산화막 및 산질화막을 도시한 단면도들이다. 도1 내지 도5를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 실리콘 웨이퍼(110)가 안착된 웨이퍼 보트(112)를 인입구(116)를 통하여 산화로(100)의 반응튜브(106)로 로딩한다. 이때 히터(108)에 의해 산화로(100)의 온도는 620∼680℃ 정도로 유지하고(도3의 302 구간), 산화로(100) 내의 압력은 대기압인 760 torr를 유지한다(310 구간). 또한, 웨이퍼의 로딩 및 언로딩, 산화 및 산질화 과정의 전후에 산화로(100) 내의 압력을 조절하거나 퍼지를 위한 분위기 가스로서 N2를 주입한다. 이 분위기 가스로는 N2뿐만 아니라 Ar이나 He 등의 불활성 가스를 사용해도 좋다.
이어서, 히터(108)를 사용하여 산화 및 산질화를 수행하기 위한 온도, 예를 들어 800∼850℃정도(304 구간)로 산화로(100)의 온도를 증가시키고, 아울러펌프(122) 또는 도2의 노즐형 배기구를 사용하여 압력을 필요에 따라 0.1∼760 torr의 저압(312 구간)으로 낮춘다. 산화로의 온도와 압력이 소정의 범위에서 안정되었을 때, 가스 주입구(102)로 백금(Pt) 등을 이용하여 O2및 H2가스를 촉매반응시켜 생성된 H2O 가스를 주입하여 원하는 두께의 산화막을 얻을 때까지 습식산화를 수행한다. 그러면, 도4에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(400) 위에 산화막(402)과 전이층(404)이 형성된다. 이 전이층(404)은 산화막(402)과 실리콘 기판(400)의 계면에 형성되는 SiO의 조성을 가지는 층으로서, 특히 산화막(402)의 두께가 얇아질수록 이 전이층(404)의 두께는 상대적으로 큰 영향을 미치는데, 이 전이층(404)의 강화를 위해 후술하는 산질화과정이 특히 유용하게 된다.
한편, 도3에는 상술한 습식산화를 위한 가스 주입만을 도시하였으나, 도3의 산화공정은 H2와 O2를 이용한 습식산화 대신에 O2가스를 사용한 건식산화로도 수행할 수 있다. 이때 나머지 온도나 압력, 분위기 가스 등의 조건은 상술한 습식산화와 마찬가지로 설정하거나, 응용에 따라 적절하게 조절할 수 있다. 또한, 할로겐 원소를 포함하는 HCl이나 TCE(Trichloroethylen) 등의 가스를 1∼5% 내외로 첨가하면 산화막 내의 불순물을 제거하는 효과가 있다. 다만, HCl이나 TCE와 같은 가스는 부식성 가스로서 펌프(122)에 악영향을 미치고 장치의 수명을 단축시키는 문제가 있다. 따라서, 이러한 가스를 사용하는 경우에는 부식성 가스의 배기라인과 저압을 위한 펌핑라인을 따로 설치하고, 두 라인 간에는 연동밸브를 설치하여, 부식성 가스를 사용할 때는 부식성 가스의 배기라인으로 배기가 되도록 하고, 부식성 가스를사용하지 않을 때에는 펌핑라인으로 배기가 되도록 하는 것이 바람직하다. 물론, 200∼300 torr 까지 정도의 저압이라면 펌프(122)를 사용하지 않고 도2에 도시한 구조의 배기구를 사용할 수 있다.
이렇게 저압 습식 또는 건식산화로 얻어진 실리콘 기판(400) 위의 산화막(402)은 응용에 따라 그대로 게이트 산화막이나 터널 산화막으로 사용될 수 있고, 후술하는 산질화과정을 더 진행하여 얻어진 산화막과 산질화막의 복합막으로서 게이트 산화막이나 터널산화막으로 사용될 수 있다. 또한, 응용에 따라 상기한 산화과정에서의 온도는 700∼1150℃ 사이에서 적절하게 조절할 수 있고, H2및 O2가스의 분압도 조절할 수 있다.
다음으로 산질화과정을 설명한다. 이 산질화과정은 응용에 따라 상술한 산화과정에 이어 수행함으로써 산화막과 산질화막의 복합막을 얻기 위해 사용할 수도 있다. 또한, 산질화막만을 얻기 위해 산화과정없이 산질화과정만으로 사용할 수도 있다. 본 실시예에서는, 상술한 산화과정에 이어 계속적으로 산질화과정을 수행하는 경우를 설명한다.
도3의 산화과정을 마친 상태에서, 반응튜브(106) 내에 웨이퍼 보트(112)를 그대로 둔 채, 반응튜브(106) 내의 잔류 가스들을 N2또는 Ar, Ne 등의 불활성 가스를 사용하여 퍼지시킨다. 이어서, 가스 주입구(102)로 NO 또는 N2O 가스를 소정시간 소정분압으로 주입하여 산질화를 수행한다. 그러면 도5에 도시된 바와 같이, 산화막(402) 아래에 산질화막(506)이 형성된다. 이때 압력은 산화과정에서와 같게 0.1∼760 torr의 저압(312 구간)으로 유지하고, 온도는 산화과정에서와 같게 800∼850℃정도(304 구간)로 유지하거나, 도3에서 점선으로 도시된 바와 같이 900∼1150℃ 정도(306 구간)로 더욱 높일 수도 있다. 산질화과정을 이렇게 고온하에서 수행하면 산질화막(506) 내의 질소성분의 비율이 더욱 높아진다. 이렇게 질소성분의 비율이 높은 산질화막은 후속하는 이온주입시, 예를 들어, 산화막과 산질화막의 복합막을 게이트 산화막으로 사용하고 그 위에 게이트 전극을 형성한 후 붕소(B) 등의 불순물 이온을 주입할 때에 그 효과가 나타난다. 즉, 질소성분의 비율이 높을수록 불순물 이온의 하부막으로의 투과를 억제하여 게이트 산화막의 신뢰성을 향상시킨다.
이렇게 하여 산질화가 완료되면 온도 및 압력을 초기상태로 회복하고(308 및 314 구간) 반응튜브(106)에서 웨이퍼 보트(112)를 언로딩함으로써 산화 및 산질화과정이 종료한다.
이하에서는, 본 발명에 따른 산화 및 산질화 방법의 구체적인 공정조건을 변화시켜가면서 얻어진 산화막 또는 산질화막의 두께 균일성과 성장속도 등을 비교한 실험예들을 기재한다. 아래의 실험예들에 의해 본 발명의 산화 및 산질화 방법의 장점들이 더욱 명확해 질 것이다. 또한, 아래의 실험예들은 다양한 응용에 따른 적절한 공정조건의 설정을 위한 지침을 제공할 것이다.
<실험예1>
본 실험예에서는 대기압(760 torr) 및 저압하에서의 O2가스에 의한 건식산화를 수행하여 얻어진 산화막의 성장속도를 비교했다. 다음의 표1은 850℃의 온도에서 10분간 각각의 압력에서 건식산화하여 얻어진 산화막의 두께를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
[표 1]
건식산화에서 압력에 따른 산화막 두께
표1을 보면, 같은 10분의 시간 동안 대기압(760 torr)하에서 얻어진 산화막과 저압(3.8 torr)하에서 얻어진 산화막의 두께는, 압력이 높을수록 두껍다는 것을 알 수 있다. 즉, 압력이 높을수록 산화막의 성장속도가 빠르다는 것을 의미하고 그만큼 두께 조절이 어려움을 의미한다.
한편, 도6은 상기 표1의 760 torr 및 3.8 torr에서의 건식산화시 그 산화시간을 늘려가며 얻어지는 산화막의 두께를 도시한 것이다. 도6을 보면, 역시 압력이 높을수록 성장속도가 빠름을 알 수 있다.
<실험예2>
본 실험예에서는 대기압(760 torr) 및 저압(304 torr, 76 torr, 7.6 torr)하에서의 H2및 O2가스에 의한 습식산화를 수행하여 얻어진 산화막의 성장속도를 비교했다. 다음의 표2는 850℃의 온도에서 습식산화하여 얻어진 산화막의 두께를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
[표 2]
습식산화에서 압력에 따른 산화막 두께
표2를 보면, 건식산화에서와 마찬가지로 습식산화에서도 압력이 높을수록 성장속도가 빠름을 알 수 있다.
이하의 실험예들은 압력, 시간 등의 공정조건을 변화시켜가면서 그 조건에 따른 효과를 상세히 측정한 결과들이다.
<실험예3>
본 실험예에서는 압력을 달리 해가면서 저압 습식산화를 수행하여 얻어진 산화막의 두께를 측정했다. 사용한 장비는 도1의 수직형 산화장치였으며 공통적인 공정조건은 다음과 같다.
공정조건
웨이퍼 크기 : 8 inch
온도 : 850℃
가스 유량 : H2- 500 sccm
O2- 1000 sccm
N2- 1000 sccm
웨이퍼 보트 회전 : 1.0 rpm
성장시간 : 10분
다음의 표3 내지 표5는 각각 압력을 650 torr, 400 torr, 350 torr(이때의 H2O 가스의 분압은 각각 144.4 torr, 88.9 torr, 8.64 torr)로 하여 습식산화했을 때 얻어진 산화막의 두께를 측정한 결과이다. 이들 표에서 가로항목중 1 내지 9는 도7에 도시된 바와 같은 산화막의 두께를 측정한 각 지점을 나타내고, 세로항목의 T, C, B는 각각 150매 기준의 수직형 웨이퍼 보트의 윗부분, 중간부분, 아랫부분에 적재된 웨이퍼에 대하여 측정하였음을 나타낸다. 이하, 표6 내지 표15에서도 마찬가지이다.
[표 3]
압력 = 650 torr(H2O 분압 = 144.4 torr)인 경우의 산화막 두께
[표 4]
압력 = 400 torr(H2O 분압 = 88.9 torr)인 경우의 산화막 두께
[표 5]
압력 = 350 torr(H2O 분압 = 8.64 torr)인 경우의 산화막 두께
표3 내지 표5로부터 다음과 같은 점들을 알 수 있다. 첫째, 압력이 높을수록 성장된 산화막의 두께가 증가한다. 이는 실험예2의 결과와도 일치한다. 둘째, 하나의 웨이퍼에 대하여 각 지점에서 측정한 산화막의 두께는, 그 표준편차가 1% 내외로서 본 발명의 저압 습식산화에 의한 산화막은 매우 양호한 두께 균일성을 가진다. 셋째, 동일한 조건하에서 웨이퍼 보트의 윗부분(T), 중간부분(C), 아랫부분(B)에 적재된 웨이퍼에서의 산화막 두께는 아래로 갈수록 증가하는데, 이는 아래로 갈수록 성장속도가 빠름을 의미한다. 그러나, 웨이퍼 적재위치의 상하에 따른 산화막 두께 차이는 상하의 온도설정을 다르게 하거나 산화가스의 주입구의 위치를 조정함으로써 충분히 극복될 수 있으므로 큰 문제가 되지 않는다.
<실험예4>
본 실험예에서는 650 torr 및 350 torr의 두 가지 압력에 대하여, 각각 성장시간을 10분, 30분 및 2분, 5분, 10분으로 달리 해가면서 저압 습식산화를 수행하여 얻어진 산화막의 두께를 측정했다. 사용한 장비는 도1의 수직형 산화장치였으며 공통적인 공정조건은 다음과 같다.
공정조건
웨이퍼 크기 : 8 inch
온도 : 850℃
가스 유량 : H2- 500 sccm(표6 및 표7), 50 sccm(표8 내지 표10)
O2- 1000 sccm
N2- 1000 sccm
다음의 표6 및 표7은 압력을 650 torr(H2O 분압 = 144.4 torr)로 하고, 성장시간을 각각 10분 및 30분으로 하여 습식산화를 수행하여 얻어진 산화막의 두께를 측정한 결과이고, 표8 내지 표10은 압력을 350 torr(H2O 분압 = 8.64 torr)로 하고, 성장시간을 각각 2분, 5분, 10분으로 하여 습식산화를 수행하여 얻어진 산화막의 두께를 측정한 결과이다.
[표 6]
압력 = 650 torr(H2O 분압 = 144.4 torr), 성장시간 = 10분인 경우의 산화막 두께
[표 7]
압력 = 650 torr(H2O 분압 = 144.4 torr), 성장시간 = 30분인 경우의 산화막 두께
[표 8]
압력 = 350 torr(H2O 분압 = 8.64 torr), 성장시간 = 2분인 경우의 산화막 두께
[표 9]
압력 = 350 torr(H2O 분압 = 8.64 torr), 성장시간 = 5분인 경우의 산화막 두께
[표 10]
압력 = 350 torr(H2O 분압 = 8.64 torr), 성장시간 = 10분인 경우의 산화막 두께
표6 내지 표10으로부터 알 수 있는 것은, 실험예3에서 알 수 있는 사항들 외에, 산화막의 두께가 시간과 압력에 비례한다는 점이다. 참고로, 두 가지의 압력조건 하에서 성장시간과 산화막의 두께의 관계를 그래프로 도시한 것이 도8이다.
<실험예5>
본 실험예에서는 웨이퍼 보트의 회전여부가 산화에 미치는 효과를 알아보기 위하여 동일한 공정조건 하에서 하나는 웨이퍼 보트를 회전시키고, 다른 하나는 회전시키지 않고 저압 습식산화를 수행하여 얻어진 산화막의 두께를 측정했다. 사용한 장비는 도1의 수직형 산화로였으며 공통적인 공정조건은 다음과 같다.
공정조건
웨이퍼 크기 : 8 inch
온도 : 850℃
가스 유량 : H2- 500 sccm
O2- 1000 sccm
N2- 1000 sccm
압력 : 650 torr(H2O 분압 : 144.4 torr)
성장시간 : 10분
다음의 표11 및 표12는 각각 웨이퍼 보트를 회전시키지 않은 경우 및 1.0 rpm으로 회전시킨 경우에 습식산화를 수행하여 얻어진 산화막의 두께를 측정한 결과이다.
[표 11]
웨이퍼 보트를 회전시키지 않은 경우의 산화막 두께
[표 12]
웨이퍼 보트를 1.0 rpm으로 회전시킨 경우의 산화막 두께
표11 및 표12를 보면 쉽게 알 수 있듯이, 웨이퍼 보트를 회전시키는 경우가 회전시키지 않은 경우에 비해 성장된 산화막의 두께가 훨씬 균일하다. 이는, 웨이퍼 전체에 가스가 고루 접하기 때문이다.
<실험예6>
본 실험예에서는 본 발명에 따라 저압하에서 산질화과정을 수행하고 성장된 산질화막의 질소 함량과 성장 두께를 측정하였다.
도9에 도시된 그래프는 산질화에 사용된 NO 가스의 압력에 따라 성장된 산질화막의 질소 함량을 임의단위로 나타낸 것으로서, 850℃의 온도에서 30분 동안 산질화한 경우(■), NO 가스의 압력이 감소할수록 질소의 함량은 낮아지는 것을 알 수 있다(산질화막의 질소 함량은 높을수록 전기적 특성이 우수하다). 한편, 종래의 방법인 대기압 하에서 900℃의 온도에서 30분 동안 산질화한 경우(◆)와 비교하면질소 함량에서 큰 차이가 없음을 알 수 있다. 또한, 대략 750 Torr의 압력에서 900℃의 온도로 30분 동안 N2O 가스를 사용하여 산질화한 경우(●)에 비하면 본 발명의 방법(■)이 상당히 양호함을 알 수 있다.
도10은 각각 900℃와 850℃의 온도에서 NO 가스의 압력을 변화시켜 가면서 10분 동안 산질화하였을 때 성장된 산질화막의 두께를 측정하여 도시한 그래프이다, 도10을 보면, 대기압(760 Torr) 하에서나 그 이하의 저압에서나 성장되는 산질화막의 두께는 거의 차이가 없고, 따라서 성장속도가 거의 동일함을 알 수 있다. 이러한 본 실험예의 결과는 본 발명에 따른 저압 산질화가 충분히 실용적임을 뒷받침한다.
이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 저압하에서 산화 및 산질화과정을 수행함으로써 성장되는 산화막 및 산질화막의 두께 조절이 용이하면서도 균일하며, 신뢰성있는 산화막, 산질화막 및 이들의 복합막을 얻을 수 있다. 특히, 본 발명에 따라 형성된 산화막, 산질화막 또는 이들의 복합막은 게이트 산화막이나 터널 산화막 등 극히 얇은 절연막을 필요로 하는 응용에 적합하다.

Claims (9)

  1. 실리콘 기판을 로 안으로 인입하는 단계;
    상기 로 내부의 압력을 0.1 torr 내지 650 torr 으로 유지하면서, 02및 H2가스를 반응시켜 생성된 H2O 가스를 주입하여 상기 실리콘 기판을 습식 산화하는 단계; 및
    상기 습식 산화하는 단계에 있어서, 분위기 가스로서 N2가스를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분위기 가스로서 Ar 또는 He 가스를 주입하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 습식산화 단계의 기판온도는 700 내지 1150℃인 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성방법.
  4. 제1항에 있어서,
    NO 또는 N2O 가스를 주입하여 산질화하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로하는 실리콘 산화막 형성방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 산질화 단계의 상기 로 내부의 압력은 0.1 torr 내지 650 torr 인 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 산질화 단계의 기판온도는 700 내지 1150℃인 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성방법.
  7. 제4항에 있어서.
    상기 로 내부의 압력을 0.1 torr 내지 650 torr 으로 유지하면서, O2가스를 주입하여 상기 실리콘 기판을 건식 산화하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 건식산화 단계에서 HCl 또는 TCE 가스를 더 주입하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 로 내부의 압력을 0.1 torr 내지 650 torr 으로 유지하면서, 02및 H2가스를 반응시켜 생성된 H2O 가스를 주입하여 상기 실리콘 기판을 습식 산화하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 형성방법
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