KR100381915B1 - Chemical Vapor Deposition Device Using Microwave - Google Patents

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KR100381915B1
KR100381915B1 KR10-2000-0065260A KR20000065260A KR100381915B1 KR 100381915 B1 KR100381915 B1 KR 100381915B1 KR 20000065260 A KR20000065260 A KR 20000065260A KR 100381915 B1 KR100381915 B1 KR 100381915B1
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Abstract

본 발명은 마이크로웨이브를 이용한 화학기상반응장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는 마그네트론(110), 제어장치(120) 및 전원공급장치(130)가 포함된 마이크로웨이브 발생기(100)와 도파관(210), 차단기(220), 정합기(230) 및 지시계(240)가 포함된 도파부(200)와 가열기(300) 및 가열기(300) 내부의 화학기상반응로(400)로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 화학기상반응장치에 관한 것이다.The present invention relates to a chemical vapor reaction apparatus using a microwave, and more particularly, the microwave generator 100 and the waveguide 210 including the magnetron 110, the control device 120 and the power supply device 130, Microwave, characterized in that consisting of the waveguide unit 200, the breaker 220, the matching unit 230 and the indicator 240, and the chemical vapor reactor 400 inside the heater 300 and heater 300 The present invention relates to a chemical vapor reaction apparatus using waves.

본 발명은 플라즈마를 형성하지 않고 상압 또는 상압에 가까운 압력하에서 박막을 화학적 기상 반응으로 흡착할 수 있는 화학기상반응장치에 마이크로웨이브 발생기에서 생성된 마이크로웨이브를 도파관을 통하여 반응 챔버(chamber)로 주입하는 장치를 추가함으로서 상압 화학반응시 마이크로웨이브가 화학반응을 활성화시켜 반응온도를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 화학반응이 기판표면에 일어나게 해주며, 기판 표면의 반응된 형성물의 이동도를 높여줌으로서 스텝 커버리지(step-coverage) 및 막질 특성을 향상시키는 것을 목적으로 한다. 즉 기존에 화학기상반응 장치에 가열기에서 기판을 가열시켜주는 방법에서 마이크로웨이브에 의해서 화학반응을 활성화 시켜줌으로써 기판가열을 최소화 할 수 있는 장점과 막질내에 기타불순물 (수소, 탄소)을 최소화 할 수 있는 장점도 지니고 있다.The present invention is to inject the microwave generated by the microwave generator into the reaction chamber (chamber) through the waveguide to the chemical vapor reaction apparatus capable of adsorbing the thin film in a chemical vapor reaction under normal or near atmospheric pressure without forming a plasma The addition of a device allows microwaves to activate chemical reactions at atmospheric pressure to lower the reaction temperature, as well as to allow chemical reactions to occur on the substrate surface, and to increase the mobility of the reacted formation on the substrate surface. -coverage) and film quality properties. In other words, in the conventional method of heating a substrate in a chemical vapor reaction apparatus in a heater, it is possible to minimize substrate heating by activating a chemical reaction by microwaves and other impurities (hydrogen, carbon) in the film quality. It also has advantages.

Description

마이크로웨이브를 이용한 화학기상반응장치{Chemical Vapor Deposition Device Using Microwave}Chemical Vapor Deposition Device Using Microwave

본 발명은 마이크로웨이브를 이용한 화학기상반응장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는 마이크로웨이브 발생기(100), 도파부(200), 가열기(300) 및 가열기(300) 내부의 화학기상반응로(400)로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 화학기상반응장치에 관한 것이다.The present invention relates to a chemical vapor reaction apparatus using microwaves, and more particularly, to a microwave gas generator 100, a waveguide 200, a heater 300, and a chemical vapor reactor 400 inside the heater 300. The present invention relates to a chemical vapor reaction apparatus using microwaves.

기존에 화학기상반응(Chemical Vapor Deposition, CVD)방법은 상압 화학기상반응(Atmosphere Pressure Chemical Vapor Deposition, AP-CVD), 저압 화학기상반응(Low Pressure Chemical Vapor Deposition, LP-CVD)방법과 플라즈마(Plasma)를 이용한 화학기상반응(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PE-CVD)방법이 있으며 각각의 CVD 방법으로 SiO2박막을 증착할 경우 개략적인 화학반응식은 아래의 식으로 나타낼 수 있다.Conventional chemical vapor deposition (CVD) methods include atmospheric pressure chemical vapor deposition (AP-CVD), low pressure chemical vapor deposition (LP-CVD) and plasma (Plasma). ), There is a Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PE-CVD) method, and when a SiO 2 thin film is deposited by each CVD method, a schematic chemical reaction can be expressed by the following equation.

AP-CVD : SiH4+ O2→ SiO2+ 2H2---------------------------식 1)AP-CVD: SiH 4 + O 2 → SiO 2 + 2H 2 --------------------------- Equation 1)

PE-CVD : SiH4+ 2N2O → SiO2+ 2N2+ 2H2------------------- 식 2)PE-CVD: SiH 4 + 2N 2 O → SiO 2 + 2N 2 + 2H 2 ------------------- Formula 2)

LP-CVD : SiH2Cl2+ 2N2O → SiO2+ 2N2+ 2HCl ---------------- 식 3)LP-CVD: SiH 2 Cl 2 + 2N 2 O → SiO 2 + 2N 2 + 2HCl ---------------- Formula 3)

한편 상기에서 언급한 각각의 CVD 방법으로 SiO2박막을 증착시 아래의 표 1에 각 방법에 의한 막질의 특성을 나열하였다.On the other hand, when the SiO 2 thin film is deposited by the above-mentioned CVD method, the film quality of each method is listed in Table 1 below.

표 1. 각각의 화학기상반응법에 의한 막질의 특성Table 1. Properties of membrane quality by each chemical vapor reaction method

PE-CVDPE-CVD AP-CVDAP-CVD LP-CVDLP-CVD 증착온도대역Deposition temperature band 200~400℃200 ~ 400 ℃ 400~500℃400 ~ 500 ℃ 700~900℃700 ~ 900 ℃ Step CoverageStep Coverage 양호Good 불량Bad 양호Good StressStress CompresssiveCompresssive TensileTensile TensileTensile Dielectric Strength [106V/cm]Dielectric Strength [10 6 V / cm] 88 1010 1010 Etch Rate [Å /min]( 100:1= H2O : HF)Etch Rate [Å / min] (100: 1 = H 2 O: HF) 400400 6060 3030

SiO2를 여러 가지 화학기상반응 방법으로 증착시 각 증착방법에 따라 막질 특성이 나타나는데 기존의 상압 화학기상반응(AP-CVD)방법은 가스반응에 의한 증착이기 때문에 증착온도가 400℃ 미만으로 낮추기 매우 힘들다. 때문에 금속 배선위 특히 알루미늄배선공정 후에 적용할 때 400℃ 이상에서 증착하므로 일루미늄 배선에 힐록(hillock)과 같은 영향을 미친다. 또한 상압에서 증착하므로 반응 가스의 평균 자유이동거리(mean free path)가 작아 막의 스텝 커버리지(step-coverage)가 불량해진다.When depositing SiO 2 by various chemical vapor reaction methods, the film quality is shown according to each vapor deposition method. The conventional AP-CVD method is a gaseous vapor deposition, so the deposition temperature is lowered below 400 ° C. Hard. Therefore, when applied after the metal wiring, especially after the aluminum wiring process deposited at 400 ℃ or more has a hillock effect on the aluminum wiring. In addition, since the deposition is performed at atmospheric pressure, the mean free path of the reaction gas is small, so that the step coverage of the film is poor.

그리고 저압 화학기상반응(LP-CVD) 방법은 대부분이 700℃ 이상의 고온에서 이루어지므로 양호한 특성을 지닌 SiO2가 증착되나 증착 온도가 매우 높아 접합(junction) 깊이가 깊어지고 열에 약한 박막의 특성이 열화되는 단점을 가지고 있다.Since most LP-CVD methods are carried out at a high temperature of 700 ° C. or higher, SiO 2 having good characteristics is deposited, but the deposition temperature is very high, thus deepening the junction depth and degrading the characteristics of the thin film that is weak to heat. It has a disadvantage.

또한 기존의 플라즈마 화학기상(PE-CVD) 방법은 증착온도를 낮출 수 있지만 플라즈마 상태에서 증착 되므로 SiO2막의 특성이 불량하며 기판에플로팅(floating)된 도체에 전하가 축적될 뿐 만 아니라 박막의 응력(stress) 또한 컴프레시브(compressive)한 막을 형성한다. 전하의 축적 문제는 반도체 디바이스의 고 직접화에 의한 게이트 산화막의 박막화(80Å 미만)가 되고 있는 상황에서 안테나 효과(antenna effect)에 의한 게이트 산화막 신뢰성의 저하를 유발시키며 또한 막질내에 수소가 포함되어 있어서 후속 열처리시 트랜지스터의 게이트 산화물 계면에 trap 되어 Vth의 변화를 유발시키기도 한다. 알루미늄합금배선과 같은 금속배선 위의 절연체 막인 SiO2를 플라즈마 방법으로 증착시 막 자체의 강한 컴프레시브 응력(compressive stress)이 하부의 알루미늄 금속에 인가되어 응력이동현상(stressmigration)에 의한 배선의 단선이 유발되는 신뢰성 문제가 대두된다.In addition, the conventional plasma chemical vapor deposition (PE-CVD) method can lower the deposition temperature, but because it is deposited in the plasma state, the SiO 2 film has poor characteristics, and not only charge is accumulated in the conductors floating on the substrate, but also stress of the thin film. Stress also forms a compressive film. The charge accumulation problem causes a decrease in the gate oxide film reliability due to the antenna effect in the situation where the gate oxide film is thinned (less than 80 kV) due to the high directivity of the semiconductor device, and hydrogen is contained in the film quality. Subsequent heat treatment may trap Vth at the gate oxide interface of the transistor. When SiO 2, which is an insulator film on a metal wiring such as aluminum alloy wiring, is deposited by the plasma method, a strong compressive stress of the film itself is applied to the lower aluminum metal so that the wire is disconnected due to stress migration. This causes a reliability problem.

그러므로 금속공정이후에 적용할 수 있는 낮은 증착온도와 막 특성이 양호하며 스텝 커버리지(step coverage) 양호한 증착방법을 개발하여야 한다.Therefore, the low deposition temperature and film characteristics that can be applied after the metal processing are good, and the step coverage should be developed.

현재는 플라즈마 화학기상방법 또는 상압 화학기상방법에서 상기 식 1)에서의 SiH4과 O2또는 N2O를 이용하는 것이 아니라 테트라에틸오르토실리케이트( Tetraelthyl Ortho Silicate, TEOS, Si(OC2H5)4)의 기체와 오존(O3) 또는 N20를 이용한 화학반응을 이용한 방법도 있으나 상압화학기상 또는 플라즈마 화학기상 설비와 차이는 없고 소스(source) 기체의 반응만 달리하여 박막의 스텝 커버리지 특성 및 갭 필(gap fill) 능력을 개선시키고 있다. 그러나 이런 TEOS의 기체를 이용하면 SiO2박막내로 탄소(Carbon)가 함유되어 트랜지스터를 제작하는 공정상 고온 열처리를 하는 과정에서 트랜지스터의 특성이 변화되는 문제를 내포하고 있다.Currently, Tetraelthyl Ortho Silicate (TEOS, Si (OC 2 H 5 ) 4 is not used in SiC 4 and O 2 or N 2 O in Equation 1) in a plasma chemical vapor method or an atmospheric pressure chemical vapor method. There is also a method using a chemical reaction using a gas and ozone (O 3 ) or N 2 0, but the step coverage characteristics of the thin film by changing only the reaction of the source gas and no difference from the atmospheric chemical or plasma chemical vapor equipment It is improving the gap fill capability. However, when the TEOS gas is used, carbon is contained in the SiO 2 thin film, so that the characteristics of the transistor may be changed during the high temperature heat treatment during the manufacturing process of the transistor.

본 발명은 플라즈마를 형성하지 않고 상압 또는 상압에 가까운 압력하에서 박막을 화학적 기상 반응으로 흡착할 수 있는 화학기상반응장치에 마이크로웨이브 발생기에서 생성된 마이크로웨이브를 도파관을 통하여 반응 챔버(chamber)로 주입하는 장치를 추가함으로서 상압 화학반응시 마이크로웨이브가 화학반응을 활성화시켜 반응온도를 낮출 수 있을 뿐 만 아니라 특정화학반응이 기판표면에 일어나게 해주며, 기판 표면의 반응된 형성물의 이동도를 높여줌으로서 스텝 커버리지(step coverage) 및 막질 특성을 향상시키는 것을 목적으로 한다. 즉 기존에 화학기상반응 장치에 가열기에서 기판을 가열시켜주는 방법에서 마이크로웨이브에 의해서 화학반응을 활성화 시켜줌으로써 기판가열을 최소화 할 수 있는 장점을 가지고 있다.The present invention is to inject the microwave generated by the microwave generator into the reaction chamber (chamber) through the waveguide to the chemical vapor reaction apparatus capable of adsorbing the thin film in a chemical vapor reaction under normal or near atmospheric pressure without forming a plasma By adding a device, microwaves can activate chemical reactions at atmospheric pressure to lower the reaction temperature, as well as allow specific chemical reactions to occur on the substrate surface and increase the mobility of the reacted formation on the substrate surface. It is aimed at improving step coverage and film quality properties. That is, in the conventional method of heating a substrate in a chemical vapor reaction apparatus in a heater, it has an advantage of minimizing substrate heating by activating a chemical reaction by microwaves.

도 1은 본 발명의 마이크로웨이브를 이용한 화학기상반응장치의 개략구성도1 is a schematic configuration diagram of a chemical vapor reaction apparatus using the microwave of the present invention

도 2는 본 발명의 마이크로웨이브를 이용한 화학기상반응장치의 상세도Figure 2 is a detailed view of the chemical vapor reaction apparatus using the microwave of the present invention

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100: 마이크로웨이브 발생기 110: 마그네트론100: microwave generator 110: magnetron

120: 제어장치 130: 전원공급장치120: controller 130: power supply

200: 도파부 210: 도파관200: waveguide 210: waveguide

220: 차단기 230: 정합기220: breaker 230: matcher

240: 지시계 300: 가열기240: indicator 300: burner

310: 교반기 400: 화학기상반응로310: stirrer 400: chemical vapor reactor

410: 히터 420: 혼합기410: heater 420: mixer

430: 샤워헤드 450: MFC(Mass Flow Controller)430: shower head 450: MFC (Mass Flow Controller)

460: 밸브 470: 진공펌프460: valve 470: vacuum pump

본 발명의 마이크로웨이브를 이용한 화학기상반응장치는 마이크로웨이브 발생기(100), 도파부(200), 가열기(300)가 일체로 연결되어 구성되는 것을 특징으로 한다.Chemical vapor reaction apparatus using the microwave of the present invention is characterized in that the microwave generator 100, the waveguide 200, the heater 300 is integrally connected.

또한 마이크로웨이브 발생기(100)는 마이크로 웨이브를 발생시키는 장치로 마그네트론(110), 제어장치(120) 및 전원공급장치(130)로 구성되는데, 마이크로웨이브는 마이크로톤(110)에서 의해서 생성되며 제어기(120)에서 생성되는 마이크로웨이브의 세기를 조절하게 된다.In addition, the microwave generator 100 is a device for generating a microwave is composed of a magnetron 110, a control device 120 and a power supply 130, the microwave is generated by the microtone (110) and the controller ( The intensity of the microwaves generated at 120 is adjusted.

상기 도파부(200)는 상기 마이크로웨이브발생기(100)에 의하여 발생된 마이크로웨이브를 후술하는 가열기(300)의 내부에 수용된 화학기상반응로(400)에 전달시키어 마이크로 웨이브가 화학기상반응로(400)내에 수납된 시편의 표면에 흡착된 피흡착물질을 활성화하여 화학반응을 촉진하여 박막(film)화하도록 하는 것으로 상기 마이크로웨입즈발생기(100)와 가열기(300) 사이를 연결하며 형성된다. 이같은 도파부(200)는 도파관(210), 차단기(220), 정합기(230) 및 지시계(240)로 구성되는 데, 상기 도파관(210)은 마이크로웨이브 발생기(100)에서 발생된 마이크로 웨이브를 손실없이 화학반응이 일어나는 가열기(300)내의 화학기상반응로(400)로 보내주는 역할을 하며 차단기(220)는 이 마이크로웨이브를 차단 시에 적용하며 또한 정합기(230)는 마이크로웨이브가 가열기(300)에서 반사되어 오는 것을 최소화시키기 위하여 도파부(200)의 임피던스를 조절하는 장치를 말한다.상기 마이크로웨이브 가열기(300)는 밀폐된 통상구조를 취하고 내부에 화학기상반응로(400)가 포함되며, 상기 화학기상반응로(400)는 석영재질로 된 통상구조로 되며 그 내부에 시편이 안치된다. 이와 같은 구조로 된 가열기(300)내부에는 화학기상반응로(400)가 포함되어 있다. 이 화학기상반응로(400) 안에는 각각 유입되는 화학반응 개스를 혼합하는 사워헤드(430)와 시편 표면에만 유효하게 반응이 일어나 흡착할 수 있도록 가열하는 히터(410)로 구성된다. 이 가열기내부에서 유입되는 개스의 화학 반응을 마이크로웨이브의 에너지와 히터(410)에서 시편을 가열하여 가급적 시편 표면에서 반응이 일어나도록 한다. 즉 시편을 제외한 가열기의 내부에 화학반응이 일어나지 않도록 하는 것이다.여기에서 히터(410)는 화학기상반응시에 흡착하고자 하는 시편을 200℃에서 500℃ 정도롤 가열하여 원활한 화학반응이 발생하도록 해준다.한편, 가열기(300) 내부가 정상파가 형성되는 단일모드(single mode)인 경우 교반기(310)를 설치하지 않고, 가열기(300) 내부에 다수의 공명파가 형성되는 다중모드(multi mode)인 경우 교반기(310)를 설치한다. 그리고 가열기(300) 내부의 화학기상반응로(400) 중심 상부에는 지름이 흡착할 시료의 크기보다 약간 크게(예를 들어 8 인치 웨이퍼 시편을 사용할 경우 10∼12 인치 지름의 샤워헤드 사용) 하며 시료의 흡착 균일성을 위하여 원통형으로 구성된 다수의 샤워헤드(430)를 구비하여 반응개스가 밸브(460), MFC(450) 및 혼합기(420)를 통해 화학기상반응로(400) 내부로 혼입되어 시편에 화학기상흡착반응이 고루 이루어지도록 한다. 또한 가열기(300) 내부의 화학기상반응로(400)의 시편하부에는 히터(410)와 같은 가열장치를 구비하여 시편을 가열하도록 함으로써 샤워헤드(430)를 통하여 화학기상반응로(400) 내부로 유입되는 반응가스가 시편에서 화학기상반응이 잘 이루어지도록 하고, 가열기(300) 내부의 화학기상반응로(400) 일측에 진공펌프(470)가 연결시켜 다른 시편의 화학기상흡착시 먼저 사용한 반응가스는 진공펌프(470)에 의해 화학기상반응로(400) 및 가열기(300) 외부로 배출시킨다.The waveguide 200 transmits the microwaves generated by the microwave generator 100 to the chemical vapor reactor 400 accommodated inside the heater 300, which will be described later. In order to activate the adsorbed material adsorbed on the surface of the specimen contained in the) to promote the chemical reaction to form a thin film (film) is formed by connecting between the microweave generator 100 and the heater 300. The waveguide 200 is composed of a waveguide 210, a breaker 220, a matcher 230 and the indicator 240, the waveguide 210 is a microwave generated by the microwave generator 100 It serves to send to the chemical vapor reactor 400 in the heater 300 in which the chemical reaction occurs without loss, and the circuit breaker 220 applies the microwave at the time of blocking, and the matcher 230 is a microwave heater ( Refers to a device for adjusting the impedance of the waveguide 200 to minimize the reflection from the 300. The microwave heater 300 takes a closed conventional structure and includes a chemical vapor reactor 400 therein, the chemical vapor reactor 400 has a conventional structure made of quartz material and the specimen is placed therein. do. The heater 300 having such a structure includes a chemical vapor reactor 400. The chemical vapor reactor 400 is composed of a sour head 430 for mixing the incoming chemical reaction gas and a heater 410 for heating so as to effectively react and adsorb only on the surface of the specimen. The chemical reaction of the gas flowing into the heater causes the energy of the microwave and the specimen to be heated in the heater 410 so that the reaction occurs on the surface of the specimen. That is, the chemical reaction does not occur inside the heater except the specimen. In this case, the heater 410 heats the specimen to be adsorbed during the chemical vapor reaction at about 200 ° C. to about 500 ° C. so that a smooth chemical reaction occurs. Meanwhile, a single mode in which the standing wave is formed inside the heater 300 is performed. In the case of mode), the stirrer 310 is not installed, but in the case of a multi mode in which a plurality of resonance waves are formed inside the heater 300, the stirrer 310 is installed. The diameter of the chemical vapor reactor 400 inside the heater 300 is slightly larger than the size of the sample to be adsorbed (for example, when using an 8 inch wafer specimen, a shower head of 10 to 12 inches diameter is used). Reaction gas is mixed into the chemical vapor reactor 400 through the valve 460, the MFC 450, and the mixer 420 with a plurality of shower heads 430 configured to have a cylindrical shape for adsorption uniformity of the specimen. Ensure that the chemical vapor adsorption reaction is carried out evenly. In addition, the lower portion of the chemical vapor reactor 400 inside the heater 300 is provided with a heating device such as a heater 410 to heat the specimen to the inside of the chemical vapor reactor 400 through the shower head 430. The reaction gas is introduced to the chemical gas reaction well in the test specimen, the reaction gas used first when the chemical vapor adsorption of the other specimen by connecting the vacuum pump 470 to one side of the chemical vapor reactor 400 inside the heater 300 Is discharged to the chemical vapor reactor 400 and the heater 300 by the vacuum pump 470.

이하 첨부도면을 이용하여 본 발명의 화학기상반응장치를 자세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the chemical vapor reaction apparatus of the present invention will be described in detail using the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 마이크로웨이브를 이용한 화학기상반응장치의 개략적인 구성도로서 마이크로웨이브 발생장치(100), 도파부(200) 및 화학기상반응로(400)를 포함하는 가열기(300)가 일체로 연결된 구성을 나타내고 있다.1 is a schematic configuration diagram of a chemical vapor reaction apparatus using a microwave of the present invention, a heater 300 including a microwave generator 100, a waveguide 200 and a chemical vapor reactor 400 is integrated It shows the connected structure.

도 2는 본 발명의 마이크로웨이브를 이용한 화학기상반응장치의 상세도로서 마이크로웨이브 발생기(100)는 마이크로웨이브를 발생하는 마그네트론(110), 마이크로웨이브의 출력을 조절하는 제어장치(120) 및 마그네트론에 전압을 공급하는 전원공급장치(130)가 포함되어 있다.2 is a detailed view of the chemical vapor reaction apparatus using the microwave of the present invention, the microwave generator 100 is a magnetron 110 for generating a microwave, the control device 120 for controlling the output of the microwave and the magnetron A power supply 130 for supplying a voltage is included.

도파부(200)는 마이크로웨이브 발생장치(100)로부터 나오는 마이크로웨이브를 지시 조정하여 가열기(300)에 전달하여 주는 부분으로 마이크로웨이브의 주요통로인 도파관(210), 가열기에서 반사되는 마이크로웨이브를 흡수하여 마그네트론(110)의 파괴를 방지하는 차단기(220), 가열기(300)의 구조와 가열기(300)에서의 상황에 따라 마이크로웨이브를 조정하는 정합기(230) 및 마이크로웨이브의 출력과 반사량을 검출하는 지시계(240)로 이루어진다.The waveguide 200 is a portion that directs and adjusts the microwaves emitted from the microwave generator 100 to the heater 300 to absorb the microwaves reflected from the waveguide 210 and the heater, which are the main passages of the microwaves. To detect the output and reflection of the circuit breaker 220, the structure of the heater 300, the matching device 230 for adjusting the microwave according to the condition of the heater 300, and the microwave to prevent destruction of the magnetron 110 It consists of an indicator 240 to.

가열기(300)는 일명 금속실린더형 가둠장치(Cylinderical cavity applicator)라고 하여 마이크로웨이브 발생기(100)에서 발생하여 도파부(200)를 통해 전달된 마이크로웨이브가 집중되어 시편 및 반응 챔버(Chamber)내의 반응기체의 반응을 활성화시키는 공간으로 마이크로웨이브의 누설, 마이크로웨이브의 전장의 분포와 균일성 등을 고려하여 제작한다. 가열기(300)는 내부전장의 분포양상에 따라 단일모드(single mode)와 다중모드(multi mode)로 나뉘어 지는데 단일모드 가열기는 입사파와 반사파가 조절되어 가열로 내부에 정상파(standing wave)가 형성되도록 설계되며 파형이 비교적 단순하여 내부의 전장분포를 정확히 알 수 있으나 최대 전장영역이 좁아 화학기상반응로의 공간적인 제한을 받게되는 단점이 있다. 다중모드 가열기는 적어도 마이크로웨이브 파장의 2배 이상 되는 금속재 상자 또는원통의 형태를 가지며 주어진 주파수에서 많은 종류의 공명파가 존재하게 된다. 그러나 가열기내에서 생성되는 모드수가 적을 경우 전장의 분포가 불균일 해진다. 이러한 단점을 해결하기 위해 마이크로웨이브가 가열기(300) 내에서 입사되는 부분에 프로펠러 모양의 모드 교반기(310)를 설치하여 교반기가 회전하면서 마이크로웨이브를 가열기(300) 내에서 균일파로 만들어 준다.The heater 300 is referred to as a metal cylinder type confinement apparatus (Cylinderical cavity applicator) generated in the microwave generator 100 and the microwaves delivered through the waveguide 200 are concentrated to react in the specimen and reaction chamber (Chamber). It is a space for activating the reaction of gas, and considering the leakage of microwaves, the distribution and uniformity of the electric field of microwaves. The heater 300 is divided into a single mode and a multi mode according to the distribution pattern of the internal electric field. In the single mode heater, the incident wave and the reflected wave are controlled so that standing waves are formed inside the furnace. It is designed and the waveform is relatively simple, so the electric field distribution can be known accurately, but the maximum electric field is narrow, which is subject to spatial limitations of chemical vapor reactor. Multimode heaters are in the form of a metal box or cylinder that is at least twice the microwave wavelength and there are many kinds of resonant waves at a given frequency. However, if the number of modes generated in the heater is small, the distribution of the electric field becomes uneven. In order to solve this disadvantage, the microwave is installed in the propeller-shaped mode stirrer 310 in the incident portion in the heater 300 to make the microwave into a uniform wave in the heater 300 while the stirrer rotates.

화학기상반응로(400)는 가열기(300) 안에 설치하는데 마이크로웨이브의 전장에 미치는 영향을 최소화하기 위하여 마이크로웨이브가 투과를 잘하는 석영(Quarts)으로 구성하는 것이 바람직하며 열의 손실을 막기 위하여 단열박스(insulation box)의 역할을 할 수 있도록 세라믹 단열재를 화학기상반응로(400) 내부에 도포한다. 또한 마이크로웨이브를 흡수할 수 있는 임계온도 이상으로 화학기상반응로(400) 내부를 유지해야 하므로 흡착하려는 시편 하부에 히터(410)와 같은 가열장치를 구비하고, 화학기상반응로(400)에 반응가스를 공급하는 장치이자 균일한 반응을 위해 반응가스를 혼합하는 혼합기(420)와 화학기상반응로(400)의 시편에 균일한 박막 성장을 위해 반응가스가 고루 시편에 접촉할 수 있도록 구비된 샤워헤드(430)와 그 밖에 반응가스의 용량을 조절할 MFC(Mass flow Controller)(450)와 밸브(460) 및 진공펌프(470)가 화학기상반응로(400)와 연결되어 있다.Chemical vapor reactor 400 is installed in the heater 300 to minimize the effect on the electric field of the microwave is preferably composed of quartz (Quarts) that the microwave is permeable well, insulated box ( Ceramic insulation is applied to the chemical vapor reactor 400 to act as an insulation box. In addition, since the chemical vapor reactor 400 must be maintained above a critical temperature capable of absorbing microwaves, a heating device such as a heater 410 is provided under the specimen to be adsorbed, and the chemical vapor reactor 400 is reacted. A device for supplying gas and a shower provided to allow the reaction gas to uniformly contact the specimen for uniform film growth on the specimen of the mixer 420 and the chemical vapor reactor 400 for mixing the reaction gas for uniform reaction. The head 430 and the mass flow controller (MFC) 450, the valve 460, and the vacuum pump 470, which adjust the capacity of the reaction gas, are connected to the chemical vapor reactor 400.

이하 본 발명을 다음의 비교예 및 실시예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들이 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described by the following comparative examples and examples. However, these do not limit the technical scope of the present invention.

<비교예>Comparative Example

화학기상반응장치는 종래의 플라즈마를 이용한 화학기상반응장치(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition Device, PE-CVD), 상압 화학기상반응장치(Atmosphere Pressure Chemical Vapor Deposition Device, AP-CVD) 및 저압 화학기상반응장치(Low Pressure Chemical Vapor Deposition Device, LP-CVD)를 이용하고, 흡착방법은 통상적으로 사용하는 박막 흡착법을 이용하여 시편에 SiO2박막을 흡착하고 그 결과를 아래의 표 2에 정리하여 나타내었다.Chemical Vapor Reactors include Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition Devices (PE-CVD), Atmosphere Pressure Chemical Vapor Deposition Devices (AP-CVD), and Low Pressure Chemical Vapor Reactors. (Low Pressure Chemical Vapor Deposition Device, LP-CVD), the adsorption method is a thin film adsorption method using a conventional thin film adsorption SiO 2 thin film on the specimen and the results are summarized in Table 2 below.

<실시예><Example>

우선 진공펌프를 이용하여 기본 진공을 만들어 오염(contamination)을 줄이고 낮은 압력(1mTorr~30mTorr)에서 플라즈마(plasma)를 형성하여 클리닝 개념으로 공정을 추가하고 다시 플라즈마가 형성되지 않는 압력으로 상승하여 흡착하는 방법을 사용하는데 마이크로웨이브를 이용한 화학기상반응장치(Microwave Assisted Chemical Vapor Deposition Device, MA-CVD)를 이용하는 것을 제외하고는 상기 비교예와 같이 시편에 SiO2 박막을 흡착하는 방식은 별 차이가 없다. 그리고 그 결과를 아래의 표 2에 정리하여 나타내었다. 마이크로웨이브의 주파수는 2.45GHz로 고정하고 그 전력은 0.5에서 5kW로 고정하고 가열기의 온도는 250도에서 고정한 다음 반응기로 SiH4와 수소(H2)를 50sccm과 200sccm으로 각각 흘려주면 표2에 나타난 바와 같은 우수한 SiO2를 흡착할 수있다.First of all, the basic vacuum is made by using a vacuum pump to reduce contamination, and plasma is formed at low pressure (1mTorr ~ 30mTorr). There is no difference in the method of adsorbing SiO 2 thin film on the specimen as in the comparative example except for using a microwave Assisted Chemical Vapor Deposition Device (MA-CVD). The results are summarized in Table 2 below. The frequency of the microwave is fixed at 2.45 GHz, the power is fixed at 0.5 to 5 kW, the temperature of the heater is fixed at 250 degrees, and then SiH4 and hydrogen (H2) are flowed into the reactor at 50 sccm and 200 sccm, respectively, as shown in Table 2. Can adsorb excellent SiO2.

표 2. 비교예 및 실시예의 화학기상반응장치를 이용한 SiO2박막의 흡착결과Table 2. Adsorption results of SiO 2 thin films using chemical vapor reactors of Comparative Examples and Examples

PE-CVDPE-CVD AP-CVDAP-CVD LP-CVDLP-CVD MA-CVDMA-CVD 흡착온도대역Adsorption Temperature Band 200~400℃200 ~ 400 ℃ 400~500℃400 ~ 500 ℃ 700~900℃700 ~ 900 ℃ 400℃미만Less than 400 ℃ Step CoverageStep Coverage 양호Good 불량Bad 양호Good 양호Good StressStress CompresssiveCompresssive TensileTensile TensileTensile TensileTensile 막의 치밀성Membrane density 불량Bad 양호Good 양호Good 양호Good 전공정에 미치는 영향Impact on the whole process Charging IssueCharging issue 알루미늄배선에 hillockHillock on aluminum wire 디바이스의 juction에 영향Influence on device juction --

본 발명의 마이크로웨이브를 이용한 화학기상반응장치를 이용하여 박막을 흡착하는 경우, 기존에 보고되고 있는 플라즈마의 화학기상법의 전하(charging)문제 및 응력(stress)문제, 또한 막질이 조밀(dense)하지 못하여 에칭속도(etch rate)가 큰 단점 등을 보안하며 상압화학기상법의 흡착온도가 400℃ 이상인 단점과 스텝 커버리지(step coverage)가 불량한 단점들을 개선할 수 있다. 또한 화학 반응을 촉진할 수 있어서 기존에 흡착속도가 낮아 사용하지 못했던 공정도 적용할 수 있다는 장점이 있다. 이 방법을 적용할 경우 트랜지스터 제작공정 직후의 절연체 막에 적용할 수 있으며 금속 공정이후의 절연체 막에도 적용할 수 있다. 또한 화학기상반응법의 새로운 분야로 차후 세대에 적용될 공정에도 사용될 수 있다고 본다.In the case of adsorbing a thin film by using a chemical vapor reaction apparatus using a microwave of the present invention, there is no charge and stress problems, and film quality of the conventional chemical vapor deposition method of plasma As a result, it is possible to secure disadvantages such as a large etching rate and a disadvantage that the adsorption temperature of the atmospheric pressure chemical vapor deposition method is 400 ° C. or more, and the disadvantages of poor step coverage. In addition, there is an advantage that can be applied to the process that can not be used because the conventional adsorption rate is low because it can promote the chemical reaction. This method can be applied to the insulator film immediately after the transistor fabrication process and also to the insulator film after the metal process. It is also a new field of chemical vapor reactions and can be used in future generation processes.

Claims (8)

화학기상방법에 의하여 시편의 표면에 피흡착물질을 흡착시켜 피흡착물질을 박막화시키는 화학기상반응장치에 있어서, 마이크로 웨이브를 발생시키는 마이크로웨이브발생기(100)와, 마이크로웨이브발생기(100)로부터 발생된 마이크로 웨이브를 효율적으로 가열기(300)의 화학기상반응로(400)에 전달하는 것으로 마이크로웨이브발생기(100)와 가열기(300) 사이를 연결하여 형성된 도파부(200)와, 시편을 수납하는 것으로 규소재질로 되고 통상의 화학기상반응로(400)가 내부에 수용되며 동시에 피흡착물질을 가열하여 기화시키어 화학기상반응로(400)내로 이송시키어 시편의 표면에 피흡착물질이 선택적으로 흡착하게 하는 수단이 구비된 가열기(300)로 구성된 것을 특징으로 마이크로웨이브를 이용한 화학기상반응장치.In a chemical vapor reaction apparatus for adsorbing a substance to be adsorbed on a surface of a specimen by a chemical vapor method, the substance to be adsorbed is thinned, the microwave generator 100 generating microwaves and the microwave generator 100 generated from the microwave generator 100. Microwaves are efficiently transferred to the chemical vapor reactor 400 of the heater 300, and the waveguide 200 formed by connecting between the microwave generator 100 and the heater 300 and the silicon by storing the specimen Means to be made of a material and a conventional chemical vapor reactor 400 is accommodated therein and at the same time to heat the vaporized material to be vaporized by transporting it into the chemical vapor reactor 400 to selectively adsorb the material to be adsorbed on the surface of the specimen Chemical vapor reaction apparatus using a microwave, characterized in that consisting of a heater 300 provided. 제 1항에 있어서, 마이크로웨이브 발생기(100)는 마그네트론(110), 제어장치(120) 및 전원공급장치(130)가 포함되는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 화학기상반응장치The microwave generator 100 of claim 1, wherein the microwave generator 100 includes a magnetron 110, a control device 120, and a power supply device 130. 제 1항에 있어서, 도파부(200)는 도파관(210), 차단기(220), 정합기(230) 및 지시계(240)가 포함되는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 화학기상반응장치The method of claim 1, wherein the waveguide 200 is a chemical vapor reaction apparatus using a microwave, characterized in that the waveguide 210, the breaker 220, the matching unit 230 and the indicator 240 is included. 제 1항에 있어서, 가열기(300) 내부가 정상파가 형성되는 단일모드(single mode)인 경우 교반기(310)를 설치하지 않고, 가열기(300) 내부에 다수의 공명파가 형성되는 다중모드(multi mode)인 경우 교반기(310)를 설치하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 화학기상반응장치According to claim 1, wherein the heater 300 is a single mode (single mode) in which standing waves are formed without a stirrer 310, the multi-mode (multi-mode resonant waves are formed inside the heater 300) mode) chemical vapor reaction apparatus using a microwave, characterized in that to install the stirrer 310 삭제delete 제 1항에 있어서, 가열기(300) 내부의 화학기상반응로(400) 중심 상부에 원통형 모양의 다수의 샤워헤드(430)를 구비하여 반응가스가 밸브(460), MFC(450) 및 혼합기(420)를 통해 화학기상반응로(400) 내부로 혼입되어 시편에 화학기상흡착반응이 고루 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 화학기상반응장치The method of claim 1, wherein the reaction gas is provided with a plurality of cylindrical shower heads 430 in the upper portion of the chemical vapor reactor 400 in the heater 300, the reaction gas is a valve 460, MFC 450 and the mixer ( Chemical vapor reaction apparatus using a microwave, characterized in that the chemical vapor adsorption reaction is evenly carried out to the specimen is mixed into the chemical vapor reactor 400 through 420 제 1항에 있어서, 가열기(300) 내부의 화학기상반응로(400)의 시편하부에는 히터(410)와 같은 가열장치가 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 화학기상반응장치According to claim 1, Chemical vapor reaction apparatus using a microwave, characterized in that the heating device such as a heater 410 is connected to the lower portion of the chemical vapor reactor 400 in the heater 300. 제 1항에 있어서, 가열기(300) 내부의 화학기상반응로(400) 일측에 진공펌프(470)가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브를 이용한 화학기상반응장치According to claim 1, Chemical vapor reaction apparatus using a microwave, characterized in that the vacuum pump 470 is connected to one side of the chemical vapor reactor 400 inside the heater (300).
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