KR100668970B1 - 플라즈마 처리장치 및 이를 사용한 질화막 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수소 함유량이 저감된 질화막을 형성할 수 있는 플라즈마 처리장치 및 이를 사용한 질화막 형성 방법에 관한 것으로, 본 발명의 플라즈마 처리장치는, 가스 주입구 및 배기구를 구비하는 공정 챔버와; 질화막 형성을 위한 반응 가스를 상기 공정 챔버의 내부에 공급하는 가스 분배기와; 상기 반응 가스로 인해 질화막에 포함되는 수소의 함유량을 저감시키기 위한 수소 함유량 저감용 가스를 상기 공정 챔버의 내부에 공급하는 가스 공급기와; 상기 샤워 헤드에 연결되는 알에프 파워(RF POWER)와; 상기한 공정 챔버의 내측에 설치되어 웨이퍼를 안착하며, 하부 전극을 형성하는 서셉터;를 포함한다. 이와 같이 질화막 형성을 위한 증착 공정시에 N₂ 가스와 O₂ 가스를 공정 챔버에 주입하면 이 가스들에 의해 수소 성분을 저감할 수 있다.

플라즈마, 증착, 샤워헤드, 가스, 수소, N2, O2,

Description

플라즈마 처리장치 및 이를 사용한 질화막 형성 방법{PLASMA TREATMENT APPARATUS AND METHOD FOR FABRICATING NITRIDE FILM USING THE SAME}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략 구성도이고,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 질화막 형성 방법의 블록도이다.

본 발명은 질화막을 형성하는 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소 함유량이 저감된 질화막을 형성할 수 있는 플라즈마 처리장치 및 이를 사용한 질화막 형성 방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조 공정에 있어서 웨이퍼의 표면에 박막을 증착하기 위해 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; 이하 'CVD'라 한다)장치가 사용되고 있다. 상기 CVD장치를 이용한 공정은 적층될 물질 원자를 포함한 가스 상태의 화학 물질을 공정 챔버로 보내고, 이 공정 챔버에서 화학 물질이 다른 가스와 반응하여 원하는 물질을 만들어 이 물질을 웨이퍼에 증착한다.

상기한 CVD장치 중에서 근래에는 플라즈마 CVD(Plasma Enhanced CVD: 이하, PECVD'라 한다)장치가 많이 사용되고 있는데, 상기한 PECVD는 통상의 CVD 장치와는 달리 플라즈마를 이용하여 반응 가스를 활성화시킨 상태에서 공정을 진행함으로써 통상의 CVD 장치보다 더 낮은 공정 온도에서 공정을 진행할 수 있다는 등의 여러 장점이 있으며, 주로, 반도체 소자의 제조 공정에서 질화막을 형성할 때, 및 반도체 소자의 콘택 저항을 감소시키기 위해 실리사이드막을 형성할 때 등에 사용된다.

여기에서, 상기 질화막은 반도체 소자의 보호막으로 사용되는 것으로, 수분 침투 및 표면 손상 방지 작용이 우수한 특징을 갖는다.

통상적으로, 상기한 질화막은 증착에 필요한 반응 가스를 공정 챔버 내부에 주입하여 원하는 압력과 기판 온도(대략 400℃ 이하의 온도)가 설정되면, 주입된 가스를 알에프 파워(RF POWER)를 이용하여 플라즈마 상태로 분해하여 기판 위에 증착하게 되는데, 이때 상기 반응 가스로는 SiH₄ 및 NH₃가 사용된다.

따라서, 상기한 PECVD 장치에 의해 웨이퍼에 증착된 질화막은 수소(hydrogen) 성분을 일정량 이상 포함하고 있는데, 상기한 수소 성분이 트랜지스터 소자 내부로 침투하게 되면 소자 특성이 저하되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 종래에는 상기한 반응 가스의 조성비(SiH₄/NH₃)를 조절하여 수소 함유량을 최소화한 질화막을 얻고자 하는 노력이 있었는데, 상기한 방법만으로는 수소 함유량을 만족스럽게 저감하는 데 한계가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 수소 함유량을 최소화 할 수 있는 플라즈마 처리장치 및 질화막 형성 방법을 제공함에 있다.

상기한 본 발명의 목적은,

가스 주입구 및 배기구를 구비하는 공정 챔버와;

질화막 형성을 위한 반응 가스를 상기 공정 챔버의 내부에 공급하는 가스 분배기와;

상기 반응 가스로 인해 질화막에 포함되는 수소의 함유량을 저감시키기 위한 수소 함유량 저감용 가스를 상기 공정 챔버의 내부에 공급하는 가스 공급기와;

상기 샤워 헤드에 연결되는 알에프 파워(RF POWER)와;

상기한 공정 챔버의 내측에 설치되어 웨이퍼를 안착하며, 하부 전극을 형성하는 서셉터;

를 포함하는 플라즈마 처리장치에 의해 달성할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 반응 가스는 SiH₄ 및 NH₃를 포함하며, 수소 함유량 저감용 가스는 N₂와 O₂를 포함한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략적인 구성도를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 질화막 형성 방법의 블록도를 도시한 것이다.

도시한 바와 같이, 가스 주입구(12) 및 배기구(14)를 구비하는 공정 챔버(16) 내에는 상부 전극을 이루면서 반응 가스(SiH₄ 및 NH₃)를 확산시키는 샤워 헤드(18)와, 하부 전극을 이루는 서셉터(20)가 일정 간격 이격되어 대향 배치되어 있고, 샤워 헤드(18)에는 고주파를 공급하는 알에프 파워(22)가 연결되어 있으며, 서셉터(20)에는 알에프 파워를 접지시키는 그라운드(ground) 전압이 연결된다.

상기 샤워 헤드(18)는 가스 주입구(12)를 통해 공급되는 반응 가스의 유량을 조절하는 역할을 하고, 서셉터(20)는 피증착 기판, 즉 웨이퍼(W)에 열에너지를 공급하는 히터 기능을 한다.

그리고, 상기 공정 챔버(16)의 측부에는 수소 저감용 가스를 챔버(16) 내부에 공급하기 위한 가스 인젝터(24,26)가 각각 설치되는데, 상기한 가스 인젝터(24,26)에서는 N₂ 가스와 O₂ 가스가 각각 공급된다.

따라서, 샤워 헤드(18)를 통해 반응 가스(SiH₄ 및 NH₃)를 공정 챔버(16) 내부에 주입하는 한편, 가스 인젝터(24,26))를 통해 수소 함유량을 저감시키기 위한 N₂ 가스와 O₂ 가스를 공정 챔버(16) 내부에 주입하고, 원하는 압력과 기판 온도(대략 400℃ 이하의 온도)가 설정되면, 주입된 가스를 알에프 파워(22)를 이용하여 플라즈마 상태로 분해하여 웨이퍼(W) 위에 증착하여 질화막을 형성한다.

이때, 상기 N₂ 가스와 O₂ 가스도 플라즈마 효과를 가져오게 되어 수소를 제거할 수 있으므로, 질화막에 포함되는 수소 성분을 줄일 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 수소 성분이 저감된 질화막을 얻을 수 있으므로, 상기한 수소 성분이 소자 내부로 침투하여 소자 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 가스 주입구 및 배기구를 구비하는 공정 챔버와;

   질화막 형성을 위한 반응 가스를 상기 공정 챔버의 내부에 공급하는 가스 분배기와;

   상기 반응 가스로 인해 질화막에 포함되는 수소의 함유량을 저감시키기 위한 수소 함유량 저감용 가스를 상기 공정 챔버의 내부에 공급하는 가스 공급기와;

   상기 샤워 헤드에 연결되는 알에프 파워(RF POWER)와;

   상기한 공정 챔버의 내측에 설치되어 웨이퍼를 안착하며, 하부 전극을 형성하는 서셉터;

   를 포함하고,

   상기 수소 함유량 저감용 가스는 N₂와 O₂를 포함하고, 상기 반응 가스는 SiH₄ 및 NH₃를 포함하며, 상기 가스 공급기는 N₂ 가스와 O₂ 가스를 각각 공급하는 2개의 인젝터로 이루어지는 플라즈마 처리장치.
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5. 제1항에 있어서, 상기 인젝터는 공정 챔버의 측부에 설치되는 플라즈마 처리장치.
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