KR100673211B1 - Showerhead - Google Patents

Showerhead Download PDF

Info

Publication number
KR100673211B1
KR100673211B1 KR1020000037000A KR20000037000A KR100673211B1 KR 100673211 B1 KR100673211 B1 KR 100673211B1 KR 1020000037000 A KR1020000037000 A KR 1020000037000A KR 20000037000 A KR20000037000 A KR 20000037000A KR 100673211 B1 KR100673211 B1 KR 100673211B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
plasma
precursor
showerhead
supplied
shower head
Prior art date
Application number
KR1020000037000A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20020002714A (en
Inventor
표성규
Original Assignee
주식회사 하이닉스반도체
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 하이닉스반도체 filed Critical 주식회사 하이닉스반도체
Priority to KR1020000037000A priority Critical patent/KR100673211B1/en
Publication of KR20020002714A publication Critical patent/KR20020002714A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100673211B1 publication Critical patent/KR100673211B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45565—Shower nozzles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates

Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조를 위한 공정 챔버 내부로 기체 상태의 금속 원료를 분사하기 위한 샤워헤드에 관한 것으로, 상단부 및 하단부에 각각 설치된 캐소드 전극 및 에노드 전극을 통해 고주파 전력이 공급되며, 가스 공급관을 통해 반응가스가 공급되면 플라즈마가 생성되고, 생성된 플라즈마에 포함된 레디컬이 캐소드 전극에 형성된 다수의 구멍을 통해 외부로 유도되도록 구성된 플라즈마 생성부와, 플라즈마 생성부의 상부에 위치되며 전구체 공급관을 통해 공급된 전구체가 하부에 연결된 다수의 노즐을 통해 외부로 분사되도록 구성된 분사공간을 포함하며 상기 노즐은 상기 플라즈마 생성부를 관통하여 설치된다.The present invention relates to a showerhead for injecting a gaseous metal raw material into the process chamber for manufacturing a semiconductor device, the high-frequency power is supplied through the cathode electrode and the anode electrode respectively installed on the upper and lower ends, the gas supply pipe When the reaction gas is supplied through the plasma, a plasma is generated, and a plasma generator configured to guide the radicals included in the generated plasma to the outside through a plurality of holes formed in the cathode electrode, and is positioned above the plasma generator, And a spraying space configured to spray the supplied precursor to the outside through a plurality of nozzles connected to the lower part, and the nozzle is installed through the plasma generation unit.

샤워헤드, 플라즈마, 레디컬, 전구체, 노즐Showerhead, Plasma, Radial, Precursor, Nozzle

Description

샤워헤드 {Showerhead} Showerhead {Showerhead}             

도 1은 플라즈마 발생 장치가 구비된 종래의 샤워헤드를 설명하기 위한 단면도.1 is a cross-sectional view illustrating a conventional shower head equipped with a plasma generating device.

도 2는 본 발명에 따른 샤워헤드를 설명하기 위한 단면도.2 is a cross-sectional view for explaining a showerhead according to the present invention.

도 3은 본 발명에 사용되는 버퍼링을 설명하기 위한 평면도.3 is a plan view for explaining the buffering used in the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1 및 15: 기화기 2 및 14: 전구체 공급관1 and 15: vaporizers 2 and 14: precursor feed pipe

3 및 11: 샤워헤드 4A 및 19: 에노드 전극3 and 11: showerhead 4A and 19: anode electrode

4B 및 18: 캐소드 전극 5 및 23: 가스 주입구4B and 18: cathode electrodes 5 and 23: gas inlet

6 및 13: 플라즈마 생성부 7 및 12: 분사공간6 and 13: plasma generator 7 and 12: injection space

8 및 21: 노즐 9, 22 및 24: 구멍8 and 21: nozzles 9, 22 and 24: holes

10: 분사판 16: 히터10: jet plate 16: heater

17: 버퍼링 20: 전극
17: buffering 20: electrode

본 발명은 반도체 소자의 제조 공정에서 화학기상증착(CVD) 장비의 챔버(Chamber) 내부로 기체 상태의 금속 원료를 분사하기 위해 사용하는 샤워헤드에 관한 것으로, 특히 플라즈마(Plasma) 생성 장치가 구비된 샤워헤드에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a showerhead used to inject a gaseous metal raw material into a chamber of a chemical vapor deposition (CVD) apparatus in a semiconductor device manufacturing process. In particular, a plasma generating apparatus is provided. It relates to a showerhead.

일반적으로 반도체 소자가 고속화 및 고집적화됨에 따라 웨이퍼상에서 단위 소자가 차지하는 면적은 더욱 감소된다. 그리고 이에 따른 콘택홀(Contact Hole)의 크기 감소 및 소자간의 단차(Aspect Ratio) 심화로 인하여 다층 구조의 금속층을 형성하는 데 많은 어려움이 따른다. 특히, 물리기상증착(PVD) 방법을 이용하여 콘택홀에 금속을 매립시키는 종래의 기술은 이제 더 이상 적용이 어려운 실정이며, 따라서 미세한 크기의 콘택홀에 금속을 완전히 매립시킬 수 있는 새로운 공정기술의 개발이 요구된다.In general, as semiconductor devices become faster and more integrated, the area occupied by unit devices on a wafer is further reduced. In addition, due to the decrease in the size of the contact hole and the deepening of the aspect ratio between devices, it is difficult to form a metal layer having a multilayer structure. In particular, conventional techniques for embedding metal into contact holes using physical vapor deposition (PVD) methods are difficult to apply anymore, and thus, new process technologies capable of completely embedding metal into contact holes having a small size are required. Development is required.

이러한 요구에 따라 단차 피복성(Step Coverage)이 우수한 금속유기화학기상증착(MOCVD) 방법으로 구리(Cu)를 증착하는 공정기술이 개발되었다. 그러나 이 기술을 적용하면 전기도금법으로 구리(Cu)를 증착하는 경우보다 증착 속도가 매우 늦기 때문에 공정 시간이 길어져 수율이 저하되며, 이에 따라 제조 원가의 상승이 불가피해진다.According to these demands, a process technology for depositing copper (Cu) by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method having excellent step coverage has been developed. However, if the technique is applied, the deposition rate is much slower than the case of depositing copper (Cu) by electroplating, so that the process time is long and the yield is lowered, thereby increasing the manufacturing cost.

구리(Cu)의 증착 속도를 향상시키기 위한 하나의 방법으로 금속유기화학기상증착(MOCVD) 챔버의 샤워헤드 상부에 플라즈마(Plasma) 발생 장치를 추가로 설치하여 공정을 진행하는 방법이 도입되었다. 그러나 이 경우 분사되는 전구체 즉, 기체 상태의 금속 원료가 웨이퍼 방향으로 이동하는 레디컬(Radical)과 접촉하게 되어 전구체 분자내 원자간의 결합(Bonding)이 파괴되고, 이와 같은 전구체의 피해에 의해 금속의 증착이 불량해진다.As a method of improving the deposition rate of copper (Cu), a method of installing a plasma generating device on the showerhead of a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) chamber is further introduced. However, in this case, the precursor to be sprayed, that is, the metal raw material in gaseous state comes into contact with radicals moving in the direction of the wafer, and thus, bonding between atoms in the precursor molecules is broken, and the damage of the precursor causes damage to the metal. Deposition becomes poor.

그래서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 근래에는 내부에 플라즈마 발생 장치가 구비된 샤워헤드를 사용하는데, 그러면 플라즈마 발생 장치가 구비된 종래의 샤워헤드를 도 1을 통해 설명하면 다음과 같다.So, in order to solve this problem, recently, a shower head having a plasma generating device is used therein. Then, a conventional shower head having a plasma generating device is described with reference to FIG.

종래의 샤워헤드(3)는 내부에 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 생성부(6)가 형성되며, 상기 플라즈마 생성부(6)의 하부 즉, 상기 샤워헤드(3)의 저면부에는 외부로부터 기화된 전구체를 공급받는 분사공간(7)이 형성된다. 이때, 상기 분사공간(7)은 상기 플라즈마 생성부(6)와 이격되어 위치되며, 상기 분사공간(7)의 저면부는 개방된 형태를 이루고, 개방된 저면부에는 다수의 구멍(9)이 형성된 분사판(10)이 설치된다.The conventional shower head 3 has a plasma generator 6 for generating plasma therein, and is vaporized from the outside of the lower portion of the plasma generator 6, that is, the bottom of the shower head 3. The injection space 7 which receives the precursor is formed. In this case, the injection space 7 is positioned to be spaced apart from the plasma generation unit 6, and the bottom portion of the injection space 7 forms an open shape, and a plurality of holes 9 are formed in the open bottom portion. The injection plate 10 is installed.

상기 플라즈마 생성부(6)의 상부 및 측벽에는 고주파 전력(RF Power)이 공급되는 에노드 전극(4A) 및 캐소드 전극(4B)이 각각 설치된다. 그리고 상기 플라즈마 생성부(6) 중앙의 상부에는 소오스(Source) 가스가 주입되는 가스 주입구(5)가 설치되며, 하부에는 플라즈마에 포함된 레디컬을 전구체의 분사 방향으로 유도하기 위한 다수의 노즐(8)이 연결된다.An anode electrode 4A and a cathode electrode 4B to which RF power is supplied are respectively provided on the upper side and the sidewall of the plasma generation unit 6. In addition, a gas injection hole 5 through which a source gas is injected is installed in an upper portion of the center of the plasma generator 6, and a plurality of nozzles for inducing radicals included in the plasma in a spraying direction of a precursor ( 8) is connected.

또한, 상기 분사공간(7) 상부의 중앙에는 외부로부터 기화된 전구체가 공급되는 전구체 공급관(2)이 연결되는데, 상기 전구체 공급관(2)은 상기 플라즈마 생성부(6)를 관통하도록 설치되며, 상기 노즐(8)은 상기 분사공간(7) 및 분사판(10) 을 관통하도록 설치된다.In addition, a precursor supply pipe 2 through which the vaporized precursor is supplied from the outside is connected to the center of the injection space 7, and the precursor supply pipe 2 is installed to penetrate the plasma generating unit 6. The nozzle 8 is installed to penetrate the injection space 7 and the injection plate 10.

그런데 상기와 같이 구성된 샤웨헤드(3)는 금속 증착전 예비 세정(Pre-cleaning)을 실시하기 위하여 상기 에노드 전극(4A)에 고주파 전력을 인가하면 상기 노즐(8)과 구멍(9)이 인접된 부분(A 부분)에서 플라즈마의 방전(Arc)이 발생되며, 상기 플라즈마 생성부(6)와 분사공간(7)간의 플로팅 전위(Floating Potential) 차이에 의해 상기 플라즈마 생성부(6)와 분사공간(7)이 인접하는 부분에서 레디컬과 전구체의 반응에 의해 플라즈마의 방전(Arc)이 발생된다.However, when the high frequency power is applied to the anode electrode 4A in order to perform pre-cleaning before metal deposition, the nozzle head 3 configured as described above is adjacent to the nozzle 8 and the hole 9. The discharge (Arc) of the plasma is generated in the portion (A portion), and the plasma generating portion 6 and the injection space by the floating potential difference between the plasma generator 6 and the injection space (7) The discharge Arc of the plasma is generated by the reaction of the radical and the precursor in the portion adjacent to (7).

그러므로 플라즈마의 방전에 따른 전구체의 피해가 유발되며, 전구체의 균일한 분사가 방해되어 금속의 증착이 불량해지며, 이에 따라 금속의 매립 특성이 불량해지고, 파티클이 유발된다.
Therefore, damage of the precursor is caused by the discharge of the plasma, and uniform spraying of the precursor is prevented, resulting in poor deposition of the metal, thereby deteriorating the embedding characteristics of the metal and causing particles.

따라서 본 발명은 샤워헤드내에 플라즈마 생성부 및 분사공간을 각각 형성하고 분사되는 전구체와 유도되는 레디컬이 별개의 통로를 통해 이동하도록 하되, 플라즈마 생성부를 분사공간 하부에 위치시키므로써 상기한 단점을 해소할 수 있는 샤워헤드를 제공하는 데 그 목적이 있다.
Therefore, the present invention forms a plasma generating unit and an injection space in the shower head, and the precursor and the induced radicals are moved through separate passages, and the plasma generation unit is located below the injection space to solve the above disadvantages. The purpose is to provide a showerhead that can.

본 발명에 따른 샤워헤드는 상단부 및 하단부에 각각 설치된 캐소드 전극 및 에노드 전극을 통해 고주파 전력이 공급되며, 가스 공급관을 통해 반응가스가 공급되면 플라즈마가 생성되고, 생성된 플라즈마에 포함된 레디컬이 캐소드 전극에 형성된 다수의 구멍을 통해 외부로 유도되도록 구성된 플라즈마 생성부와, 플라즈마 생성부의 상부에 위치되며 전구체 공급관을 통해 공급된 전구체가 하부에 연결된 다수의 노즐을 통해 외부로 분사되도록 구성된 분사공간을 포함하며, 상기 분사공간의 저면에는 상기 전구체를 웨이퍼 방향으로 분사시키기 위해 상기 다수의 노즐이 상기 플라즈마 생성부를 관통하도록 설치된다.The shower head according to the present invention is supplied with a high frequency power through the cathode electrode and the anode electrode installed in the upper and lower portions, respectively, when the reaction gas is supplied through the gas supply pipe, the plasma is generated, the radicals contained in the generated plasma Plasma generation unit configured to be guided to the outside through a plurality of holes formed in the cathode electrode, and the injection space positioned above the plasma generation unit and the precursor supplied through the precursor supply pipe is sprayed to the outside through a plurality of nozzles connected to the lower side And a plurality of nozzles are installed at the bottom of the injection space so as to penetrate the precursor toward the wafer.

상기 가스 공급관은 상기 분사공간을 관통하여 상기 플라즈마 생성부에 연결된다. 그리고 상기 분사공간의 내부에는 전구체를 균일하게 분포시키기 위한 버퍼링이 구비된다.The gas supply pipe passes through the injection space and is connected to the plasma generation unit. The inside of the injection space is provided with buffering for uniformly distributing the precursor.

그러면 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Next, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 샤워헤드를 설명하기 위한 단면도이다.2 is a cross-sectional view for explaining a showerhead according to the present invention.

본 발명에 따른 샤워헤드(11)의 내부에는 분사공간(12) 및 플라즈마 생성부(13)가 각각 형성된다. 상기 분사공간(12)은 상기 샤워헤드(11) 내부의 상단에 형성되며, 상기 플라즈마 생성부(13)는 상기 분사공간(12)의 하부에 형성된다. 상기 플라즈마 생성부(13)의 상단에는 캐소드 전극(18)이 설치되며, 하단에는 에노드 전극(19)이 설치되는데, 상기 캐소드 전극(18)은 전극(20)을 통해 외부로부터 고주파 전력을 공급받는다.In the shower head 11 according to the present invention, an injection space 12 and a plasma generator 13 are formed, respectively. The injection space 12 is formed at an upper end of the shower head 11, and the plasma generator 13 is formed at a lower portion of the injection space 12. A cathode electrode 18 is installed at an upper end of the plasma generator 13, and an anode electrode 19 is installed at a lower end of the plasma generator 13, and the cathode electrode 18 supplies high frequency power from the outside through the electrode 20. Receive.

상기 분사공간(12)의 상부에는 기화된 전구체를 공급받기 위한 전구체 공급관(14)이 연결되며, 상기 플라즈마 생성부(13)의 상단에는 플라즈마 생성을 위한 반응가스를 공급받는 가스 공급관(23)이 연결된다.A precursor supply pipe 14 for receiving a vaporized precursor is connected to an upper portion of the injection space 12, and a gas supply pipe 23 for receiving a reaction gas for generating plasma is connected to an upper end of the plasma generator 13. Connected.

또한, 상기 분사공간(12)의 저면에는 전구체를 웨이퍼 방향으로 분사시키기 위한 노즐(21)이 상기 플라즈마 생성부(13)를 관통하도록 설치되며, 상기 에노드 전극(19)에는 상기 플라즈마 생성부(13)로부터 웨이퍼 방향으로 레디컬이 균일하게 유도되도록 하기 위해 다수의 구멍(22)이 형성된다.In addition, a nozzle 21 for spraying a precursor in the direction of the wafer is provided at the bottom of the injection space 12 so as to penetrate the plasma generator 13, and the anode electrode 19 is provided with the plasma generator ( A plurality of holes 22 are formed to uniformly guide the radicals from 13) toward the wafer.

여기서, 상기 노즐(21)은 직경이 0.1 내지 5mm인 원통형으로 이루어지며, SUS, Ni, Al2O3 등과 같은 재질로 제작된다. 그리고 상기 노즐(21) 및 상기 에노드 전극(19)에 형성된 구멍(22)은 정사각형, 정삼각형 또는 나선형으로 배열된다.Here, the nozzle 21 is made of a cylindrical shape having a diameter of 0.1 to 5mm, made of a material such as SUS, Ni, Al 2 O 3 and the like. In addition, the holes 22 formed in the nozzle 21 and the anode electrode 19 are arranged in a square, equilateral triangle, or spiral shape.

상기와 같이 구성된 샤워헤드(11)는 챔버내의 상부 즉, 히터블록상에 놓인 웨이퍼(도시안됨)의 상부에 위치된다.The above-described showerhead 11 is located at the top of the chamber, ie on top of the wafer (not shown) placed on the heater block.

그러면 상기와 같이 구성된 샤워헤드(11)를 이용하여 금속유기화학기상증착 (MOCVD) 방법으로 웨이퍼상에 금속을 증착하는 과정을 설명하면 다음과 같다.Next, a process of depositing a metal on a wafer by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method using the shower head 11 configured as described above will be described.

먼저, 액체 상태의 금속 원료(전구체) 및 운반 가스(Carrier Gas)가 챔버의 외부에 설치된 기화기(15)로 공급되면 상기 기화기(15)를 통해 기화된 전구체가 상기 전구체 공급관(14)을 통해 상기 분사공간(12)으로 공급된다. 이때, 상기 에노드 전극(19) 및 캐소드 전극(18)을 통해 고주파 전력이 공급되고, 상기 가스 주입구(23)를 통해 반응가스가 공급되도록 하면 상기 플라즈마 생성부(13)에서 플라즈마가 생성되고, 생성된 플라즈마에 포함된 레디컬이 상기 구멍(22)을 통해 웨이퍼 방향으로 유도된다. 이와 동시에 상기 분사공간(12)으로 공급되는 전구체는 상기 노즐(21)을 통해 상기 웨이퍼 방향으로 분사되고, 분사된 금속 원료의 화학적 반응에 의해 웨이퍼상에 금속이 증착된다.First, when a liquid metal raw material (precursor) and a carrier gas are supplied to the vaporizer 15 installed outside the chamber, the vaporized precursor is passed through the precursor supply pipe 14 through the vaporizer 15. It is supplied to the injection space (12). In this case, when the high frequency power is supplied through the anode electrode 19 and the cathode electrode 18, and the reaction gas is supplied through the gas injection hole 23, the plasma generation unit 13 generates plasma. Radicals contained in the generated plasma are guided to the wafer through the holes 22. At the same time, the precursor supplied to the injection space 12 is sprayed in the direction of the wafer through the nozzle 21, and metal is deposited on the wafer by chemical reaction of the injected metal raw material.

이때, 상기 플라즈마를 생성하기 위해 사용하는 반응가스로는 수소(H2), 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등과 같은 단일 가스 또는 수소 5-95%, 아르곤 5-95% 등과 같은 혼합 가스가 이용될 수 있으며, 공급량은 50 내지 500sccm가 되도록 한다. 그리고 상기 증착 공정은 단일 또는 1 내지 10회의 다단계로 실시할 수 있으며, 상기 고주파 전력은 10초 내지 10분동안 50 내지 70 와트(W)가 공급되도록 한다.In this case, the reaction gas used to generate the plasma is a single gas such as hydrogen (H 2 ), nitrogen (N 2 ), argon (Ar), helium (He), or hydrogen 5-95%, argon 5-95% Mixed gas, such as or the like, may be used, and the supply amount may be 50 to 500 sccm. In addition, the deposition process may be performed in a single or multi-step of 1 to 10 times, the high-frequency power is to be supplied 50 to 70 watts (W) for 10 seconds to 10 minutes.

예를들어, 상기 샤워헤드(11)를 이용하여 웨이퍼상에 구리(Cu)를 증착하는 경우, 플라즈마에 포함된 수소(H) 레디컬만 상기 구멍(22)을 통해 상기 웨이퍼 방향으로 유도되기 때문에 수소(H) 레디컬에 의한 환원(Reduction) 반응이 유도되고, 하기의 반응식 2와 같은 불균형(Disproportionation) 반응에 의해 구리(Cu)가 빠른 속도로 증착된다.For example, in the case of depositing copper (Cu) on the wafer by using the showerhead 11, since only the hydrogen (H) radicals contained in the plasma are guided through the holes 22 toward the wafer. Reduction reaction by hydrogen (H) radical is induced, and copper (Cu) is deposited at a high speed by a disproportionation reaction as in Scheme 2 below.

여기서, 플라즈마 처리 유무에 따른 증착 속도의 변화를 살펴보면 다음과 같다.Here, the change in deposition rate depending on the presence or absence of plasma treatment is as follows.

플라즈마 처리를 실시하지 않은 경우 하기의 반응식 1과 같은 불균형 반응이 이루어지며, 수소(H) 레디컬을 이용하여 플라즈마 처리한 경우 하기의 반응식 2와 같은 불균형 반응이 이루어진다.When the plasma treatment is not performed, an imbalance reaction is performed as in Scheme 1 below, and when the plasma treatment is performed using hydrogen (H) radicals, an imbalance reaction is performed as in Scheme 2 below.

2Cu(hfac)(TMVS) + Cu + Cu(hfac)2 + 2TMVS2Cu (hfac) (TMVS) + Cu + Cu (hfac) 2 + 2TMVS

2Cu(hfac)(TMVS) + Cu + Cu(hfac)2 + 2TMVS 2Cu (hfac) (TMVS) + Cu + Cu (hfac) 2 + 2TMVS

Cu(hfac)2 + 2H+ = Cu + 2HhfacCu (hfac) 2 + 2H + = Cu + 2Hhfac

즉, 상기 반응식 1 및 2을 통해 알 수 있듯이, 플라즈마 처리를 실시하지 않은 경우 50% 정도의 증착 효율을 얻을 수 있으며, 수소(H) 레디컬을 이용하여 플라즈마 처리를 실시한 경우 최대 100%의 증착 효율을 얻을 수 있다.That is, as can be seen through the reaction schemes 1 and 2, it is possible to obtain a deposition efficiency of about 50% when the plasma treatment is not performed, and up to 100% when the plasma treatment is performed using hydrogen (H) radicals. Efficiency can be obtained.

한편, 본 발명에서는 기화된 금속 원료가 더욱 균일하게 분포되도록 하기 위하여 상기 분사공간(12)의 내부에 버퍼링(Buffering; 17)을 추가로 설치할 수 있으며, 상기 샤워헤드(11)의 외벽에 히터(16)를 내장시켜 전구체의 기화 상태가 지속적으로 유지되도록 할 수 있다. 상기 버퍼링(17)은 도 3에 도시된 바와 같이 다수의 구멍(24)이 조밀하게 형성된 체 모양의 판 형태로 제작된다.Meanwhile, in the present invention, in order to more uniformly distribute the vaporized metal raw material, a buffering 17 may be additionally installed in the injection space 12, and a heater may be provided on the outer wall of the shower head 11. 16) may be embedded to maintain the vaporization state of the precursor continuously. As shown in FIG. 3, the buffer ring 17 is manufactured in the form of a sieve plate in which a plurality of holes 24 are densely formed.

상기와 같이 본 발명은 플라즈마 유도 화학기상증착(Plasma Induced CVD; PICVD) 공정을 위한 플라즈마 레디컬 주입 샤워헤드(Plasma Radical Injection Showerhead; PRIS)를 제공한다. 상기 샤워헤드는 분사공간의 하부에 플라즈마 생성부가 형성되기 때문에 분사되는 전구체가 레디컬에 의해 피해를 입지 않게 되며, 균일하게 유도되는 레디컬에 의한 플라즈마 처리에 의해 금속의 증착 속도도 향상된다. 따라서 본 발명을 이용하여 구리(Cu), 텅스텐(W), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 탄탈(Ta), 타이타늄(Ti), 루테늄(Ru) 등과 같은 단금속, 단금속의 산화물 형태, 질화물, 산화물 형태의 금속 박막 등을 균일하고 빠르게 증착할 수 있다.As described above, the present invention provides a Plasma Radical Injection Showerhead (PRIS) for a Plasma Induced CVD (PICVD) process. Since the shower head has a plasma generating unit formed under the injection space, the sprayed precursor is not damaged by radicals, and the deposition rate of the metal is also improved by the plasma treatment by uniformly induced radicals. Therefore, using the present invention, a single metal such as copper (Cu), tungsten (W), silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), tantalum (Ta), titanium (Ti), ruthenium (Ru), and the like, Oxide forms of nitrides, nitrides, thin films of oxide forms, etc. can be deposited uniformly and quickly.

또한, 종래에는 증착된 금속의 표면에 증착전 웨이퍼의 표면 처리를 위해 사 용한 화학적 강화제(예를들어, 요오드(I))가 잔류되었으나, 본 발명은 수소(H) 레디컬과 화학적 강화제가 하기의 반응식 3과 같은 반응에 의해 제거되도록 하므로써 막질의 개선을 이룰 수 있도록 한다.In addition, conventionally, a chemical enhancer (eg, iodine (I)) used for surface treatment of a wafer before deposition remains on the surface of the deposited metal. It is possible to achieve the improvement of the membrane quality by being removed by the reaction as in Scheme 3.

2Cu(I) + 2H+= 2Cu + 2HI2Cu (I) + 2H + = 2Cu + 2HI

상술한 바와 같이 본 발명은 샤워헤드내에 플라즈마 생성부 및 분사공간을 각각 형성하되, 분사공간의 하부에 플라즈마 생성부가 위치되도록 하고 분사되는 전구체와 유도되는 레디컬이 별개의 통로를 통해 이동되도록 하므로써 레디컬과의 접촉으로 인한 전구체의 피해가 방지되도록 한다. 따라서 금속의 증착 두께가 균일하게 제어되고 증착 속도가 향상되며 양호한 막질의 박막을 얻을 수 있다.As described above, the present invention forms a plasma generator and an injection space in the shower head, respectively, so that the plasma generator is positioned below the injection space, and the precursor and the induced radicals are moved through separate passages. The damage of the precursors due to contact with the curl is prevented. Therefore, the deposition thickness of the metal is uniformly controlled, the deposition rate is improved, and a thin film of good film quality can be obtained.

Claims (12)

상단부 및 하단부에 각각 설치된 에노드 전극 및 캐소드 전극을 통해 고주파 전력이 공급되며, 가스 공급관을 통해 반응가스가 공급되면 플라즈마가 생성되고, 생성된 플라즈마에 포함된 레디컬이 상기 캐소드 전극에 형성된 다수의 구멍을 통해 외부로 유도되도록 구성된 플라즈마 생성부와,High frequency power is supplied through an anode electrode and a cathode electrode installed at an upper end and a lower end, and when a reaction gas is supplied through a gas supply pipe, plasma is generated, and a plurality of radicals included in the generated plasma are formed on the cathode electrode. A plasma generation unit configured to be guided to the outside through the hole; 상기 플라즈마 생성부의 상부에 위치되며 전구체 공급관을 통해 공급된 전구체가 하부에 연결된 다수의 노즐을 통해 외부로 분사되도록 구성된 분사공간을 포함하며,Located in the upper portion of the plasma generating unit and comprises a spray space configured to spray the precursor supplied through the precursor supply pipe to the outside through a plurality of nozzles connected to the lower, 상기 분사공간의 저면에는 상기 전구체를 웨이퍼 방향으로 분사시키기 위해 상기 다수의 노즐이 상기 플라즈마 생성부를 관통하도록 설치된 샤워헤드.And a plurality of nozzles installed at a bottom surface of the injection space such that the plurality of nozzles penetrate the plasma generation unit to inject the precursor toward the wafer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반응가스는 수소(H2), 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 수소 5-95% 및 아르곤 5-95%중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 샤워헤드.The reaction gas is any one of hydrogen (H 2 ), nitrogen (N 2 ), argon (Ar), helium (He), hydrogen 5-95% and argon 5-95%. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고주파 전력은 50 내지 700와트이며, 10초 내지 10분동안 공급되는 것을 특징으로 하는 샤워헤드.The high frequency power is 50 to 700 watts, the showerhead, characterized in that supplied for 10 seconds to 10 minutes. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전구체는 구리(Cu), 텅스텐(W), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 탄탈(Ta), 타이타늄(Ti) 및 루테늄(Ru)중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 샤워헤드.The precursor is any one of copper (Cu), tungsten (W), silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), tantalum (Ta), titanium (Ti) and ruthenium (Ru) Shower head. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 노즐은 직경이 0.1 내지 5mm인 원통형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 샤워헤드.The nozzle is a showerhead, characterized in that made of a cylindrical diameter of 0.1 to 5mm. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 노즐 및 캐소드 전극에 형성된 구멍은 정사각형, 정삼각형 및 나선형중 어느 하나의 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 샤워헤드.The hole formed in the nozzle and the cathode electrode is a showerhead, characterized in that arranged in the form of any one of a square, an equilateral triangle and a spiral. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 노즐은 SUS, Ni, Al2O3중 어느 하나의 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 샤워헤드.The nozzle is a showerhead, characterized in that made of any one of SUS, Ni, Al 2 O 3 material. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분사공간의 내부에 전구체를 균일하게 분포시키기 위한 버퍼링이 더 구비된 것을 특징으로 하는 샤워헤드.Shower head, characterized in that the buffering for further uniformly distributing the precursor in the injection space. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 버퍼링은 다수의 구멍이 조밀하게 형성된 판 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 샤워헤드.The buffering is a showerhead, characterized in that formed in the form of a plate formed with a plurality of holes densely. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가스 공급관은 상기 분사공간을 관통하여 상기 플라즈마 생성부에 연결 된 것을 특징으로 하는 샤워헤드.The gas supply pipe penetrates the injection space and is connected to the plasma generating unit. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 샤워헤드의 외벽에는 히터가 내장된 것을 특징으로 하는 샤워헤드.Shower head, characterized in that the heater is built in the outer wall of the shower head.
KR1020000037000A 2000-06-30 2000-06-30 Showerhead KR100673211B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020000037000A KR100673211B1 (en) 2000-06-30 2000-06-30 Showerhead

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020000037000A KR100673211B1 (en) 2000-06-30 2000-06-30 Showerhead

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20020002714A KR20020002714A (en) 2002-01-10
KR100673211B1 true KR100673211B1 (en) 2007-01-22

Family

ID=19675263

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020000037000A KR100673211B1 (en) 2000-06-30 2000-06-30 Showerhead

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100673211B1 (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010095901A2 (en) * 2009-02-23 2010-08-26 Synos Technology, Inc. Method for forming thin film using radicals generated by plasma
US8333839B2 (en) 2007-12-27 2012-12-18 Synos Technology, Inc. Vapor deposition reactor
US8470718B2 (en) 2008-08-13 2013-06-25 Synos Technology, Inc. Vapor deposition reactor for forming thin film
US8758512B2 (en) 2009-06-08 2014-06-24 Veeco Ald Inc. Vapor deposition reactor and method for forming thin film
US8770142B2 (en) 2008-09-17 2014-07-08 Veeco Ald Inc. Electrode for generating plasma and plasma generator
US8771791B2 (en) 2010-10-18 2014-07-08 Veeco Ald Inc. Deposition of layer using depositing apparatus with reciprocating susceptor
US8840958B2 (en) 2011-02-14 2014-09-23 Veeco Ald Inc. Combined injection module for sequentially injecting source precursor and reactant precursor
US8851012B2 (en) 2008-09-17 2014-10-07 Veeco Ald Inc. Vapor deposition reactor using plasma and method for forming thin film using the same
US8871628B2 (en) 2009-01-21 2014-10-28 Veeco Ald Inc. Electrode structure, device comprising the same and method for forming electrode structure
US8877300B2 (en) 2011-02-16 2014-11-04 Veeco Ald Inc. Atomic layer deposition using radicals of gas mixture
US9163310B2 (en) 2011-02-18 2015-10-20 Veeco Ald Inc. Enhanced deposition of layer on substrate using radicals

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100797467B1 (en) 2005-12-13 2008-01-24 엘지전자 주식회사 Head for Vacuum cleaner
KR102517925B1 (en) * 2022-10-13 2023-04-05 요크공조(주) skin pore cleansing and massaging device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06260434A (en) * 1993-03-04 1994-09-16 Nissin Electric Co Ltd Plasma cvd device
KR19990006902A (en) * 1997-06-11 1999-01-25 히가시 데츠로 Chemical Vapor Deposition Apparatus and Method
KR19990010957A (en) * 1997-07-19 1999-02-18 김상호 Shower head device having a plasma generator
KR19990009886U (en) * 1997-08-26 1999-03-15 구본준 Semiconductor Plasma Deposition Apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06260434A (en) * 1993-03-04 1994-09-16 Nissin Electric Co Ltd Plasma cvd device
KR19990006902A (en) * 1997-06-11 1999-01-25 히가시 데츠로 Chemical Vapor Deposition Apparatus and Method
KR19990010957A (en) * 1997-07-19 1999-02-18 김상호 Shower head device having a plasma generator
KR19990009886U (en) * 1997-08-26 1999-03-15 구본준 Semiconductor Plasma Deposition Apparatus

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8333839B2 (en) 2007-12-27 2012-12-18 Synos Technology, Inc. Vapor deposition reactor
US8470718B2 (en) 2008-08-13 2013-06-25 Synos Technology, Inc. Vapor deposition reactor for forming thin film
US8770142B2 (en) 2008-09-17 2014-07-08 Veeco Ald Inc. Electrode for generating plasma and plasma generator
US8851012B2 (en) 2008-09-17 2014-10-07 Veeco Ald Inc. Vapor deposition reactor using plasma and method for forming thin film using the same
US8871628B2 (en) 2009-01-21 2014-10-28 Veeco Ald Inc. Electrode structure, device comprising the same and method for forming electrode structure
US8257799B2 (en) 2009-02-23 2012-09-04 Synos Technology, Inc. Method for forming thin film using radicals generated by plasma
WO2010095901A3 (en) * 2009-02-23 2010-11-25 Synos Technology, Inc. Method for forming thin film using radicals generated by plasma
WO2010095901A2 (en) * 2009-02-23 2010-08-26 Synos Technology, Inc. Method for forming thin film using radicals generated by plasma
US8758512B2 (en) 2009-06-08 2014-06-24 Veeco Ald Inc. Vapor deposition reactor and method for forming thin film
US8771791B2 (en) 2010-10-18 2014-07-08 Veeco Ald Inc. Deposition of layer using depositing apparatus with reciprocating susceptor
US8840958B2 (en) 2011-02-14 2014-09-23 Veeco Ald Inc. Combined injection module for sequentially injecting source precursor and reactant precursor
US8877300B2 (en) 2011-02-16 2014-11-04 Veeco Ald Inc. Atomic layer deposition using radicals of gas mixture
US9163310B2 (en) 2011-02-18 2015-10-20 Veeco Ald Inc. Enhanced deposition of layer on substrate using radicals

Also Published As

Publication number Publication date
KR20020002714A (en) 2002-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100673211B1 (en) Showerhead
US7779784B2 (en) Apparatus and method for plasma assisted deposition
US10465294B2 (en) Oxide and metal removal
JP4429548B2 (en) Heater block with catalyst injection means
KR100805843B1 (en) Method of forming copper interconnection, semiconductor device fabricated by the same and system for forming copper interconnection
US7238393B2 (en) Method of forming silicon carbide films
KR100406174B1 (en) Showerhead used chemically enhanced chemical vapor deposition equipment
JP4666912B2 (en) Plasma reinforced atomic layer deposition apparatus and thin film forming method using the same
KR20050107438A (en) Method for forming film
KR100646017B1 (en) A showerhead using multi-hollows cathode of a type of gas separation
JP2001262352A (en) Shower head device for radical vapor deposition
KR100714269B1 (en) Method for forming metal layer used the manufacturing semiconductor device
KR20100015594A (en) Apparatus and method for atomic layer deposition
KR20030001939A (en) Method And Apparatus For Manufacturing Barrier Layer Of Semiconductor Device
KR20010078086A (en) Plasma-enhanced chemical vapor deposition of a metal nitride layer
TW201200626A (en) Process chamber lid design with built-in plasma source for short lifetime species
JP2004536224A (en) Reaction vessel for thin film deposition and thin film deposition method using the same
TW201602388A (en) Sealing film forming method and sealing film manufacturing apparatus
KR100404941B1 (en) Method of forming a metal wiring in a semiconductor device
KR20020010465A (en) Semiconductor fabricating apparatus having improved shower head
JP5394403B2 (en) Plasma processing equipment
KR101118997B1 (en) Equipment and method for plasma treatment
KR101532456B1 (en) Bevel plasma treatment to enhance wet edge clean
US8414790B2 (en) Bevel plasma treatment to enhance wet edge clean
KR20010112892A (en) Showerhead

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20101224

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee