KR100831436B1

KR100831436B1 - Ｃｖｄ 방법

Info

Publication number: KR100831436B1
Application number: KR1020010011430A
Authority: KR
Inventors: 모리시마마사토; 오시마야스히로
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2000-03-07
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2008-05-21
Also published as: TW517293B; KR20010088407A; JP4703810B2; JP2001247968A; US20010021414A1

Abstract

챔버내벽 또는 챔버내부재의 막박리를 저비용이며 효과적으로 방지할 수 있는 CVD 성막방법을 제공한다. 챔버(11)내에 피처리체를 존재시키지 않는 상태로, 패시베이션용 가스를 공급하고, 챔버(11)내벽 및/또는 챔버내부재(20)표면에 패시베이션막을 형성한다. 이어서 챔버내로 피처리체를 존재시키지 않는 상태에서, 프리코트용 가스를 공급하고, 패시베이션막의 표면에 프리코트막을 형성한다. 그 후 챔버(11)내에 피처리체를 장입하고, 챔버(11)에 성막용가스를 공급하고, 피처리체 (W)에 대하여 성막처리를 행한다.

Description

ＣＶＤ 방법{CVD METHOD}

도 1은, 본 발명의 실시에 사용되는 CVD 성막장치의 일례를 나타내는 단면도,

도 2는, TiCl₄ 및 ClF₃처리의 싸이클시험시에 있어서의 NC-Ni 샘플표면의 EDAX 측정 프로파일을 나타내는 챠트,

도 3은, TiCl₄ 및 ClF₃처리의 싸이클시험시에 있어서의 C22 샘플표면의 EDAX 측정 프로파일을 나타내는 챠트,

도 4는, TiCl₄ 및 ClF₃처리에 관계하는 염화물 및 불화물의 깁스(Gibbs)의 자유에너지를 나타내는 그래프,

도 5는, TiCl₄ 및 ClF₃처리의 싸이클시험에 있어서, 각 처리시에서의 NC-Ni 샘플의 표면상태를 모식적으로 나타내는 단면도,

도 6은, TiCl₄ 및 ClF₃처리의 싸이클시험에 있어서, 각 처리시에서의 C22샘플의 표면상태를 모식적으로 나타내는 단면도,

도 7은, 본 발명의 1실시형태에 관한 CVD 성막처리의 공정을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 : 챔버 11a : 천장벽

11b : 바닥벽 12 : 서셉터

13 : 지지부재 14 : 히터

15 : 히터 16 : 가이드링

19 : 절연부재 20 : 샤워헤드

20a : 상단블록체 20b : 중단블록체

20c : 하단블록체 21 : 제 1 도입구

22 : 제 2 도입구 23, 25 : TiCl₄ 통로

24, 26 : H₂ 통로 27, 28 : TiCl₄ 토출구멍

31 : TiCl₄원 32, 34, 36, 38 : 배관

33 : ClF₃원 35 : Ar 원

37 : H₂원 39 : 밸브

40 : 질량유량 제어기 41 : 전환밸브

42 : 정합기 43 : 고주파전원

44 : 배기관 45 : 배기장치

W : 반도체웨이퍼

본 발명은, 챔버내에 성막가스를 공급하여 피처리체에 성막처리를 실시하는 화학적 증착 성막방법에 관한 것이다.

반도체제조공정에 있어서는, 피처리체인 반도체 웨이퍼(이하, 단순히 "웨이퍼"라 기재함)에 형성된 배선사이의 홀내의 박막을 매설하기 위해서, 혹은 그 박막이 배리어층으로서 기능하도록 하기 위하여, Ti, Al 또는 Cu 등의 금속이나, WSi, TiN 또는 TiSi 등의 금속화합물을 퇴적시켜 박막을 형성하고 있다.

종래, 이들 금속이나 금속화합물의 박막은 물리적 증착(PVD)을 사용하여 성막되었다. 최근에는 디바이스가 미세화 및 고집적화가 특히 요구되어, 디자인 룰이 특히 엄격하게 되어 있고, 매립성이 나쁜 PVD에서는 충분한 특성을 얻는다는 것이 곤란하게 되었다. 따라서, 이러한 박막을 보다 양질의 막을 형성할 것을 기대할 수 있는 화학적 증착(CVD)으로 성막하는 것이 행하여지고 있다.

예컨대, Ti 박막을 CVD 로 성막할 때에는, 성막가스로서 예컨대 TiCl₄가 사용되고, 환원가스로서 예컨대 H₂가 사용되며, 플라즈마 안정제로서 Ar 이 사용된다. 그리고, 이와 같은 가스를 사용하여, 최초에 프리코트처리를 행하고, 이어서, 본 성막처리를 행한다. 그리고, 이와 같은 성막처리후, 정기적으로 또는 필요에 따라 예컨대 ClF₃가스에 의해 크리닝을 한다.

그러나, 이러한 Ti 박막의 성막에 있어서는, 프리코트시에, 예컨대 챔버내에 배치된 가스공급용의 샤워헤드의 표면에 막이 벗겨지는 현상이 발생한다는 문제가 있다. 이러한 문제는 샤워헤드의 표면과 가스공급샤워헤드상에 형성된 박막 사이의 나쁜 고착성에 관련된 것으로 생각된다. 이러한 문제는 샤워헤드에만 일어나는 것은 아니며, 동일한 문제가 챔버내의 다른 부재에도 발생될 가능성이 있다. 또한, 다른 재료의 CVD 성막처리시에도 생길 가능성이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하하며, 챔버내벽 및/또는 챔버내부재의 막박리를 저비용으로 효과적으로 방지할 수 있는 화학적 증착 성막방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자등은, 이러한 프리코트시의 막의 박리에 대하여 조사한 결과, 이러한 박리는 장치내에 신품인 상태에서, 또는 화학세정(화학연마) 등의 처리가 실시된 샤워헤드가 도입되었을 때에 생긴다는 것, 및 한번 ClF₃가스에 의해 크리닝된 후에는 발생하지 않는다는 것을 확인하였다. 이 사실을 기초로 더욱 검토한 결과, 챔버내에 소정의 가스를 공급함으로써 챔버내벽 및/또는 챔버내부재표면에 패시베이션(passivation)막을 형성할 수 있게 되고, 이 패시베이션막에 의해 프리코트시에 벗겨지기 쉬운 막의 형성을 방지할 수가 있는 것을 발견하였다. 예컨대, 불소함유가스 등을 공급하여 미리 챔버내벽 및/또는 챔버내 부재표면에 예컨대 금속불화물이나 금속염화물의 패시베이션막을 형성시켜 놓음으로써, 프리코트시에 쉽게 벗겨지지 않는 강고한 막이나 기체의 불화물이 형성되어, 쉽게 벗겨지는 막이 형성되지 않는다.

본 발명은 이러한 지견에 따라서 행해진 것으로서, 본 발명의 제 1 실시형태에 따르면, 화학적 증착 성막처리를 실시하는 챔버내에, 피처리체를 존재시키지 않은 상태로, 패시베이션용가스를 공급하고, 챔버내 벽 및 챔버내 부재표면에 패시베이션막을 형성하는 공정과; 계속해서 상기 챔버안에, 피처리체를 존재시키지 않은 상태로, 프리코트용가스를 공급하여, 상기 패시베이션막의 표면에 프리코트막을 형성하는 공정과; 상기 챔버안에 피처리체를 장입하는 공정; 및, 상기 챔버안에 성막용가스를 공급하여, 피처리체에 대하여 성막처리를 하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 화학적증착 성막방법을 제공한다.

본 발명의 제 2 실시형태에 따르면, 화학적증착 성막처리를 실시하는 챔버내에, 피처리체를 존재시키지 않은 상태로, 패시베이션용가스를 공급하여, 챔버안벽 및 챔버내 부재표면에 패시베이션막을 형성하는 공정; 계속해서 상기 챔버내에, 피처리체를 존재시키지 않은 상태로, 프리코트용가스를 공급하고, 또한 제 1 플라즈마를 생성하고, 상기 패시베이션막의 표면에 프리코트막을 형성하는 공정과; 상기 챔버내에 피처리체를 장입하는 공정; 및, 상기 챔버내에 성막용가스를 공급하고, 또한 제 2 플라즈마를 생성하여, 피처리체에 대하여 성막처리를 하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 화학적증착 성막방법을 제공한다.

본 발명의 제 3 실시형태에 따르면, 화학적 증착 성막처리를 실시하는 챔버안에, 피처리체를 존재시키지 않은 상태로, 불소함유가스를 공급하여, 챔버내벽 및 챔버내 부재표면에 미리 금속불화물의 패시베이션막을 형성하는 공정; 이어서 상기 챔버안에, 피처리체를 존재시키지 않은 상태로, 성막용가스를 공급하여 패시베이션막의 표면에 프리코트막을 형성하는 공정과; 상기 챔버내에 피처리체를 장입하는 공정; 및, 상기 챔버안에 성막용가스를 공급하여 피처리체에 대하여 성막처리를 하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 화학적 증착 성막방법을 제공한다.

본 발명의 제 4 실시형태에 따르면, 화학적 증착 성막처리를 실시하는 챔버안에, 피처리체를 존재시키지 않은 상태로, 불소함유가스를 공급하여, 챔버내벽 및 챔버내 부재표면에 미리 금속불화물의 패시베이션막을 형성하는 공정과; 이어서 상기 챔버안에, 피처리체를 존재시키지 않은 상태로, 성막용가스를 공급하고, 또한 제 1 플라즈마를 생성하여 패시베이션막의 표면에 프리코트막을 형성하는 공정과; 상기 챔버내에 피처리체를 장입하는 공정과; 상기 챔버내에 성막용가스를 공급하고, 또한 제 2 플라즈마를 생성하여 피처리체에 대하여 성막처리를 하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 화학적 증착 성막방법을 제공한다.

본 발명의 제 5 실시형태에 따르면, 화학적 증착 성막처리를 실시하는 챔버와, 상기 챔버내에 성막가스를 공급하는 성막가스공급계 및 상기 챔버내에 성막후 의 크리닝을 하는 크리닝가스로서 불소함유가스를 공급하는 크리닝가스공급계를 구비하는 화학적 증착 처리장치를 사용하는 성막처리 방법에 있어서, 상기 챔버내에, 피처리체를 존재시키지 않은 상태로, 상기 크리닝가스인 불소함유가스를 공급하고, 상기 챔버내벽 및 챔버내부재에 금속불화물의 패시베이션막을 형성하는 공정과; 이어서, 상기 챔버내에, 피처리체를 존재시키지 않은 상태로, 상기 성막가스공급계에서 성막용가스를 공급하여 패시베이션막의 표면에 프리코트막을 형성하는 공정과; 상기 챔버내에 피처리체를 장입하는 공정; 및, 상기 챔버내에 성막가스공급계에서 성막가스를 공급하여 피처리체에 대하여 성막처리를 하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 화학적 증착 성막방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 피처리체가 존재하지 않은 상태의 챔버내에 패시베이션용가스를 도입한다는 간단한 방법으로 챔버내벽 및 챔버내 부재표면에 프리코트시에 막박리를 발생시키지 않는 소정의 패시베이션막을 형성할 수 있다. 따라서, 챔버내벽 및/또는 챔버내부재의 막박리를 저비용이며 효율적으로 방지할 수가 있다.

예컨대, 본 발명의 제3 및 제4 실시형태에서와 같이, 챔버내에 불소함유가스를 공급함으로써 챔버내벽 및/또는 챔버내 부재표면에 불화물의 패시베이션막을 형성하는 경우에는, 이 불화물의 패시베이션막은, 가령 그 후에 공급된 성막가스와의 사이에서 반응이 생겼다고 해도 반응생성물을 기체성분으로서 배출하는 것이 가능하며, 막박리를 효율적으로 방지하여 벗겨진 막에 의한 처리 때문에 일어나는 악영향을 방지할 수가 있다.

또한, 본 발명의 제5 실시형태에서와 같이, CVD 성막장치가, 크리닝가스로서 불소함유가스, 예컨대 ClF₃를 공급하는 크리닝가스공급계를 구비하는 경우에는, 패시베이션막을 형성할 때에, 원래 CVD 성막장치에 설치되는 크리닝가스공급계에서 미리 크리닝가스를 소정온도의 챔버내에 도입하면 되므로, 지극히 용이하게 챔버내벽 및/또는 챔버내부재표면에 패시베이션막을 형성할 수가 있다.

(실시예)

이하, 본 발명의 실시예에 관해서 구체적으로 설명한다.

우선, 본 발명에 이른 경위에 대하여, CVD 에 의한 Ti 박막의 성막처리를 예를 들어 설명한다. 도 1은, CVD 성막장치의 일예를 나타내는 단면도이다. 이 성막장치는, 기밀하게 구성된 대략 원통형상의 챔버(11)를 가지고 있으며, 그 중에는 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하기 위한 서셉터(12)가 원통형의 지지부재(13)에 의해 지지된 상태에서 배치되어 있다. 서셉터(12)의 바깥 가장자리부에는 반도체 웨이퍼를 가이드하기 위한 가이드링(16)이 설치되어 있다. 또한, 서셉터(12)에는 히터(14)가 매립되어 있고, 이 히터(14)는 전원(15)으로부터 급전됨으로써 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열한다.

챔버(11)의 천장벽(11a)에는, 절연부재(19)를 통해 샤워헤드(20)가 설치되어 있다. 이 샤워헤드(20)는, 상단블록체(20a), 중단블록체(20b), 하단블록체(20c)로 구성되어 있고, 상단블록(20a)의 윗면에는, TiCl₄를 도입하기 위한 제 1 도입구(21)와, 환원가스로서의 H₂를 도입하기 위한 제 2 도입구(22)가 형성되어 있다. 상단블록체(20a) 내에서는, 제 1 도입구(21)에서 다수의 TiCl₄통로(23)가 분기하고 있고, TiCl₄통로(23)가 중단블록체(20b)에 형성된 TiCl₄통로(25)에 연통하고 있으며, 또한 하단블록체(20c)의 TiCl₄토출구멍(27)에 연통하고 있다. 또한, 상단블록체(20a) 안에서는, 제 2 도입구(22)에서 다수의 H₂통로(24)가 분기하고 있고, H₂통로(24)가 중단블록체(20b)에 형성된 H₂통로(26)에 연통하고 있으며, 또한 하단블록체(20c)의 H₂토출구멍(28)에 연통하고 있다. 즉, 샤워헤드(20)는, TiCl₄과 H₂가 완전히 독립하여 챔버(11)내에 공급되는 매트릭스타입의 샤워헤드이고, 이들은 토출후에 혼합되어 반응이 생긴다.

상기 제 1 도입구(21)에는 TiCl₄원(31)으로부터 연장되는 배관(32)이 접속되어 있고, 배관(32)에는 캐리어가스인 Ar원(35)으로부터 연장되는 배관(36)이 접속되어 있고, TiCl₄원(31)으로부터의 TiCl₄가스가 배관(36)을 지나서 공급된 Ar가스에 캐리어되어 배관(32)을 통해 챔버(11)내에 공급된다. 또한, 배관(32)에는 크리닝가스인 ClF₃를 공급하는 ClF₃원(33)으로부터 연장되는 배관(34)이 접속되어 있고, 배관(34) 및 배관(32)을 통해 챔버(11)내에 ClF₃가스를 공급하는 것이 가능해지고 있다. 상기 제 2 도입구에는 H₂원(37)으로부터 뻗어나가는 배관(38)이 접속되어 있고, H₂원(37)으로부터의 H₂가스가 배관(38)을 통해 챔버(11)내에 공급된다. 또, 각 가스원으로부터의 배관(32,34,36,38)에는, 어느 것이나 밸브(39) 및 질량유량 제어기(40)가 설치되어 있다. 또한, 배관(34)에는 배관(32)의 접속부분근방에 전환밸 브(41)가 설치되어 있다. 또, 도시하지는 않지만, 챔버(11)내에 N₂가스를 공급하는 라인도 설치되어 있다.

샤워헤드(20)에는, 정합기(42)를 통해 고주파전원(43)이 접속되어 있고, 이 고주파전원(43)으로부터 샤워헤드(20)에 고주파전력이 공급됨으로써, 샤워헤드(20)를 통해 챔버(11)내에 공급된 가스가 플라즈마화되어, 이에 따라 성막반응이 진행된다.

챔버(11)의 바닥벽(11b)에는, 배기관(44)이 접속되어 있고, 이 배기관(44)에는 배기장치(45)가 접속되어 있다. 그리고 이 배기장치(45)를 작동시킴으로써, 챔버(11)내를 소정의 진공도까지 감압하는 것이 가능해지고 있다.

이러한 장치에 의해 반도체웨이퍼(W)에 Ti 박막을 성막하기 위해서는, 일반적으로, 우선, 히터(14)에 의해 챔버(11)내를 소정온도에 가열하면서 배기장치(45)에 의해 챔버(11)내를 계속 배기하여, TiCl₄ 가스와 Ar 가스 및 H₂가스를 소정의 유량비로 챔버 (11)내에 도입하고, 챔버(11)내를 소정의 압력으로 함으로써, 고주파전원(43)으로부터 샤워헤드(20)에 고주파전력을 공급하여 챔버(11)내에 플라즈마를 생성시키고, 챔버(11)의 내벽이나 챔버(11)내에 배치되어 있는 샤워헤드(20) 등의 챔버내부재의 표면에 프리코트처리를 한다.

그 후, 챔버내에 반도체웨이퍼(W)를 장입하고, 히터(14)에 의해 웨이퍼를 소정온도로 가열하고, 프리코트와 같은 조건의 가스를 공급하여, Ti 박막의 성막처리를 소정시간 행한다. 이 때의 Ti 박막의 성막처리는, 예컨대 400 내지 1000℃ 정 도의 온도로 행한다.

일정한 수의 반도체웨이퍼 W 가 성막후, 챔버(11)로부터 반출되고, 챔버(11)내에 크리닝가스인 ClF₃가스가 도입되어 챔버(11)내가 크리닝된다.

이러한 장치에 있어서는, 샤워헤드(20)의 상단블록체(20a), 중단블록체(20b)로서 Ni계 합금(헤스텔로이C22), 하단블록(20c)으로서 순Ni[노멀카본(NC)-Ni]를 사용하고 있다. 이러한 샤워헤드로서 신품의 것, 또는 표면을 화학세정(화학연마), 기계연마, 가공성형한 것, 또한 성막으로 사용한 표면을 가공성형한 것을 사용한 경우에는, 프리코트중에 샤워헤드의 표면「하단블록(20c)의 아래면」에서 막박리가 발생한다는 문제가 생겼다.

이러한 막박리의 원인을 조사하기 위해서 샤워헤드의 재료인 상술한 NC-Ni 및 C22에 관해서 부식시험을 행하였다. 또, Ti-CVD 프로세스에 있어서 부식성가스는 TiCl₄가스 및 ClF₃가스이므로, 여기서는 TiCl₄가스 및 ClF₃가스에 의한 부식시험을 교대로 2회씩 행하였다.

실험조건은 이하와 같다.

(1)TiCl₄

Ar 유량 : 0.090 m³/sec (1500 sccm)

TiCl₄유량 : 0.003 m³/sec (50 sccm)

압력 : 733.2 Pa (5.5 Torr)

시간 : 400 min

온도 : 500℃ (히터설정온도)

(2)ClF₃

Ar 유량 : 0.030 m³/sec (500 sccm)

TiCl₄유량 : 0.003 m³/sec (50 sccm)

압력 : 173.3 Pa (1.3 Torr)

시간 : 62 min

온도 : 200℃(히터설정온도)

표면상태를 SEM 관찰하였다. 그 결과, NC-Ni의 경우, 최초의 TiCl₄처리에 의해서, 표면에 결정형상의 석출물이 관찰되었다. 다음 ClF₃처리에 의해 표면상태는 악화하지만, 2번째의 TiCl₄처리후는 석출물은 관찰되지 않았다. 한편, C22의 경우, 최초의 TiCl₄처리에 의해서, NC-Ni의 경우와 같은 결정형상석출물이 관찰되었다. 다음 ClF₃처리에 의해, Ni 와 같은 표면상태의 악화는 보이지 않지만, 대신에 표면에 박막형상의 물질이 균열되어 있는 상태가 확인되었다. 2회째의 TiCl₄처리후는 석출물은 잔존하고 있었지만 막박리는 관찰되지 않았다.

다음에, 각 처리기의 샘플에 관해서 EDAX (Energy-Dispersion Analysis of X-ray)측정을 행하였다. 그 측정 프로파일을 도 2 및 도 3에 나타낸다.

도 2는 Ni에 관해서의 결과이지만, 최초의 TiCl₄처리후의 샘플로서는 Ni의 그 외에 Ti와 Cl가 검출되었다. 다음 ClF₃처리후의 샘플로서는 Ti는 검출되지 않고, 2회째의 TiCl₄처리후에 있어서도 Ti는 검출되지 않았다. 즉, ClF₃처리에 의해 Ti가 완전히 제거되고, 2회째의 TiCl₄처리에서는 Ti는 석출하지 않았다.

한편, 도 3은 C22의 결과인데, 최초의 TiCl₄처리후의 샘플로서는 Ni 및 합금원소 외에도 Ti가 검출되었다. 그러나, 도 2 에서나타낸 NC-Ni 의 경우와 마찬가지로, 다음 ClF₃처리후의 샘플로서는 Ti는 검출되지 않고, 2회째의 TiCl₄처리후에 있어서도 Ti는 검출되지 않았다.

다음에, 각 처리후의 샘플에 관해서 XRD(X-ray diffraction) 측정을 하였다. 그 결과, NC-Ni에서는, 최초의 TiCl₄처리후의 샘플로서는 NiTi가 확인되고, 다음 ClF₃처리에 의해 NiTi는 확인되지 않고 NiF₃가 확인되었다. 한편, C22에서는, 어떤 처리후에도 면심립방정(面心立方晶)(fcc)합금만이 확인되었다.

이들 반응계에서 생성될 가능성이 있는 염화물 및 불화물의 깁스의 자유에너지에 있어서는 도 4에 나타낸 바와 같이, 500℃에 있어서,

ΔG(TiCl_x)<ΔG(CrC1₂), ΔG(NiC1₂)

ΔG (TiF_x)<ΔG (CrF_x)

이며, Cl분위기하에서는, Cr, Ni보다도 Ti가 염화되기 쉽고, TiCl_x가 석출하 는 경향이 있다. 마찬가지로 F 분위기하에서도 Ti가 불화되는 쪽에 평형이 기운다. 그러나, TiF_x는 증기압이 높기 때문에, 기화하고 석출하지 않는다.

이상의 결과로부터, 1회째의 TiCl₄처리, ClF₃처리, 2회째의 TiCl₄처리에 관해서 이하의 반응식이 발생한다고 생각된다.

(1)순수 Ni (NC-Ni)

(1회째의 TiCl₄처리)

Ni + TiCl₄→NiTi + NiCl_x↑+ TiCl_x↑

(ClF₃처리)

NiTi + TiCl_x+ ClF₃ →TiF_x↑+ NiF_x(PF)+Cl₂↑

(2회째의 TiCl₄처리)

NiF_x + TiCl₄→NiC1_x↑+ TiF_x↑

(2)헤스텔로이(C22)

(1회째의 TiCl₄처리 )

Ni + Cr + TiCl₄→ NiC1_x↑+ CrC1_x(PF) + TiCl_x↑

(ClF₃처리)

Ni+ CrCl_x+ ClF₃→ NiF_x(PF) + CrF_x↑+ Cl₃↑

(2회째의 TiCl₄처리)

NiF_x+ Cr + TiCl₄→ NiCl_x↑ + CrC1_x(PF) + TiF_x↑

(이상의 식중, PF는 패시베이션필름을 나타낸다.)

이러한 반응이 생기고 있는 상태를 도 5 및 도 6에 모식적으로 나타낸다. 도 5는 NC-Ni의 경우, 도 6는 C22의 경우 이다. 이와 같이 NC-Ni의 경우 및 C22의 경우 어느 것이나, 최초에 TiCl₄처리를 한 경우에는 표면에 박리되기 쉬운 TiCl_x가 형성되지만, ClF₃처리를 함으로써, TiCl_x는 형성되지 않고 NiF_x 패시베이션막이 형성된다. 그리고, 그 후에 다시 TiCl₄처리를 했을 때에는, 이 NiF_x패시베이션막이 형성되어 있으므로, TiCl_x 의 박리되기기 쉬운 막은 생성되지 않고, 기체형상의 NiCl_x나 TiF_x, CrF_x패시베이션막 등이 생기기 때문에, 막박리는 쉽게 생기지 않는다.

이상, 본 발명에서는, 예컨대 도 1의 CVD-Ti 성막장치를 사용하여 CVD-Ti 박막을 성막함에 있어서, 예컨대 샤워헤드(20)로서 신품의 것 또는 화학세정된 것이 도입된 경우에, 최초에 챔버(11)내에 ClF₃원(33)으로부터 ClF₃가스를 도입하고, 현장에서 샤워헤드(20)의 표면에 NiF_x패시베이션막을 형성한다(STEP1). 그 후, ClF₃가스의 공급을 멈추고, TiCl₄원(31)으로부터 TiCl₄를 챔버(11)내에 도입하면서, 고주파전원(43)으로부터 샤워헤드(20)에 고주파전력을 인가하여 챔버(11)에 도입한 가스를 플라즈마화시켜, 프리코트막을 형성한다(STEP2). 그 후 챔버내에 반도체웨 이퍼(W)를 장입하고(STEP3), 히터(14)에 의해 웨이퍼를 소정온도에 가열하여, 프리코트와 같은 조건으로 TiCl₄를 흘려 성막처리를 한다(STEP4). 이와 같이 ClF₃가스에 의한 패시베이션처리를 함으로써, STEP2의 프리코트처리에 있어서, 상술한 바와 같이, TiC1_x가 생기지 않으므로, 신품의 샤워헤드 등을 사용하더라도 프리코트 중의 막박리가 쉽게 생기지 않는다.

도 1의 성막장치에 있어서, 이러한 패시베이션처리는, 원래 CVD 성막장치에 설치되어 있는 크리닝가스공급계에서 크리닝가스인 ClF₃가스를 챔버내로 도입하여, 현장에서 처리하면 되므로, 지극히 용이하고 또한 저비용으로 패시베이션막을 형성할 수 있다.

상기 ClF₃가스에 의한 패시베이션은, 예컨대 이하에 나타내는 조건에서 행할 수 있다.

ClF₃가스유량 : 0.003∼0.030 m₃/sec (50∼500 sccm)

Ar 가스유량 : 0.006∼0.060 m³/sec (100∼1000 sccm)

N₂가스유량 :0.003∼0.030 m³/sec (50∼500 sccm)

Ar 가스(퍼지가스)유량 : 0.003 m³/sec(50 sccm)

압력 :0.67×10²∼ 6.65 ×10² pa(0.5∼5 Torr)

온도 :150∼500℃

시간 :100∼2000 sec

이상의 범위내에서보다 바람직한 조건을 이하에 나타낸다.

ClF₃가스유량 :0.012 m³/sec(200 sccm)

Ar 가스유량 :0.024 m³/sec(400 sccm)

N₂가스유량 :0.006 m³/sec(100 sccm)

Ar 가스(퍼지가스)유량 :0.003 m³/sec(50 sccm)

압력 :1.60×10²∼4.00×10² pa(1.2∼3 Torr)

온도 :200℃

시간 : 1000 sec

이상의 예와 같이 최초의 패시베이션막형성처리는 크리닝가스인 ClF₃가스를 사용하는 것이 바람직하지만, 효과적인 금속불화물의 패시베이션막을 형성할 수 있으면, 다른 불소함유가스를 사용하는 것도 가능하다. 다른 불소함유가스로서는, 예컨대 NF₃, HF, F₂, C₂F₆, C₄F₈를 들 수 있다.

또한, 재료로서는 상기 Ni 또는 Ni 합금에 한정되지 않고, NiF_x 같은 금속불화물의 패시베이션막을 형성하는 재료, 예컨대, Al, Fe, Cr, Cu, Ag의 적어도 1종을 포함하는 금속 또는 합금을 적용할 수도 있다. Al를 예를 들면, ClF₃과의 반응 에 의해 AlF_x패시베이션막을 형성할 수 있다. 또한, 효과적인 패시베이션막을 형성할 수 있게 되면, 알루미나 등의 세라믹재료이어도 좋다. 또한, 모재의 표면에 이들 재료로 이루어지는 코팅막, 예컨대 도금피막, 용사막, CVD막, 스패터링 등에 의한 PVD막 등을 형성한 것이어도 좋다.

또한, 이러한 막박리가 생길 우려가 있는 것은 샤워헤드뿐만이 아니며, 챔버안에 존재하는 다른 부재, 예컨대 가이드링 등이나 챔버내벽도 마찬가지로 막박리가 생길 우려가 있고, 따라서, 이러한 in-situ 패시베이션은 CVD 성막장치내의 부재의 전반 및 챔버내벽에 대하여 효과적이다. 예컨대 챔버는 통상 Al로 형성되어 있으므로, AlF_x 패시베이션막을 형성하여 막박리를 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, TiCl₄를 성막가스로서 사용하고 Ti막을 성막하는 경우를 예로 들어 나타내었으나, 유기Ti화합물의 경우에도 ClF₃같은 불소함유가스에 의해 패시베이션처리를 함으로써, 그 후의 성막처리시에 Ti를 F와 반응시켜 기화시킴으로써, 박리하기 쉬운 화합물의 생성을 방지하는 효과를 얻는 것이 가능하다. 같은 원리에 의해, Si, Al 및 Cu 등의 다른 재료의 박막을 형성할 때에 사용하는 염화물이나 유기금속화합물 등의 성막가스, 예컨대, DMAH, Cu(hfac)₂, Cu(hfa)vtms, Ta(OC₂H₅)₅, SiCl₄또는 WCL₄등을 사용한 경우에도 본 발명의 적용이 가능하다. 또한, 패시베이션막으로서는 금속불화물에 한정되지 않고, 금속염화물 등, 다른 화합물이어도 좋고, 패시베이션용 가스는 불소함유가스에 한정되지 않는다.

또, 본 발명의 실시에 있어서, 성막장치의 구조는 상기의 것에 한정되지 않고 어떠한 CVD 성막장치라도 좋다. 예컨대, 상기 장치로는 샤워헤드로서 매트릭스타입의 것을 사용하였지만 그에 한정되는 것은 아니다. 또한, 고주파전원은 플라즈마화가 필요할 때에 사용하면 좋고, 성막반응의 종류에 따라서는 반드시 필요하지는 않다. 사용하는 기판으로서는, 반도체웨이퍼에 한정되지 않으며 다른 것이라도 좋고, 또한, 표면상에 다른 층을 형성한 기판이어도 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 피처리체가 존재하지 않은 상태의 챔버내에 패시베이션용가스를 도입한다는 간단한 방법으로 챔버내벽 및/또는 챔버내부재표면에 프리코트시에 막박리를 생기게 하지 않는 소정의 패시베이션막을 형성할 수가 있다. 따라서, 챔버내벽 및/또는 챔버내부재의 막박리를 저비용에 효율적으로 방지할 수가 있다.

예컨대, 챔버내에 불소함유가스를 공급함으로써 챔버내벽 및/또는 챔버내부재표면에 불화물의 패시베이션막을 형성하는 경우에는, 이 불화물의 패시베이션막은, 가령 그 후에 공급된 성막가스와의 사이에서 반응이 생겼다고 해도 반응생성물을 기체성분으로서 배출하는 것이 가능하며, 막박리를 효율적으로 방지하여 벗겨진 막에 의한 처리 때문에 일어날 악영향을 방지할 수 있다.

또한, CVD 성막장치가, 크리닝가스로서 불소함유가스, 예컨대 ClF₃를 공급하 는 크리닝가스공급계를 구비하는 경우에는, 패시베이션막을 형성할 때에, 원래 CVD 성막장치에 설치되는 크리닝가스공급계에서 미리 크리닝가스를 소정온도의 챔버내에 도입하면 되기 때문에, 매우 용이하게 챔버내벽 및/또는 챔버내 부재표면에 패시베이션막을 형성할 수가 있다.

본 발명은 그의 보다 용이한 이해를 위하여 바람직한 실시예의 관점에서 기술되었으나, 본 발명의 원리를 벗어나지 않고서 다양한 방식으로 구체화될 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구의 범위에서 개진된 본 발명의 원리로부터 벗어나지 않고서 실시될 수 있는 도시된 실시예들에 대한 모든 가능한 변경 및 변형을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

Claims

화학적 증착 성막처리를 실시하는 챔버내에 피처리체가 존재하지 않는 상태로 하는 공정과;

패시베이션용가스를 공급하는 공정과;

샤워헤드 부재의 표면에 패시베이션막을 형성하는 공정과;

상기 챔버내에, 피처리체를 존재시키지 않은 상태에서, 프리코트용가스를 공급하는 공정과;

상기 패시베이션막의 표면에 프리코트막을 형성하는 공정과;

상기 챔버내에 피처리체를 장입하는 공정; 및,

상기 챔버내에 성막용가스를 공급하고, 피처리체에 대하여 성막처리를 하는 공정을 구비하고,

상기 패시베이션막은, 상기 패시베이션용 가스와 상기 샤워헤드부재의 표면을 반응시켜서, 그 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 화학적 증착 성막방법.
화학적 증착 성막처리를 실시하는 챔버내에 피처리체가 존재하지 않는 상태로 하는 공정과;

패시베이션용가스를 공급하는 공정과;

샤워헤드 부재의 표면에 패시베이션막을 형성하는 공정과;

상기 챔버내에, 피처리체를 존재시키지 않은 상태로, 프리코트용가스를 공급하여 제 1 플라즈마를 생성하고, 상기 패시베이션막의 표면에 프리코트막을 형성하는 공정과;

상기 챔버내에 피처리체를 장입하는 공정; 및,

상기 챔버내에 성막용가스를 공급하고, 또한 제 2 플라즈마를 생성하여, 피처리체에 대하여 성막처리를 하는 공정을 구비하고,

상기 패시베이션막은, 상기 패시베이션용 가스와 상기 샤워헤드부재의 표면을 반응시켜서 그 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 화학적 증착 성막방법.
화학적 증착 성막처리를 실시하는 챔버내에 피처리체를 존재시키지 않은 상태로 하는 공정과;

불소함유가스를 공급하는 공정과;

샤워헤드부재의 표면에 금속불화물의 패시베이션막을 형성하는 공정과;

상기 챔버내에, 피처리체를 존재시키지 않은 상태로, 제 1 의 성막용가스를 공급하여 상기 패시베이션막의 표면에 프리코트막을 형성하는 공정과;

상기 챔버내로 피처리체를 장입하는 공정; 및,

상기 챔버안에 제 2 의 성막용가스를 공급하고 피처리체에 대하여 성막처리를 하는 공정을 구비하고,

상기 패시베이션막은, 상기 불소함유가스와 상기 샤워헤드부재의 표면의 금속이 반응하여 금속불화물의 막으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 화학적 증착 성막방법.
화학적 증착 성막처리를 실시하는 챔버내에 피처리체를 존재시키지 않은 상태로 하는 공정과;

불소함유가스를 공급하는 공정과;

샤워헤드부재의 표면에 금속불화물의 패시베이션막을 형성하는 공정과;

상기 패시베이션막을 형성하는 상기 공정에 이어서 상기 챔버내에, 피처리체를 존재시키지 않은 상태로, 제 1 의 성막용가스를 공급하여 제 1 의 플라즈마를 생성하고, 상기 패시베이션막의 표면에 프리코트막을 형성하는 공정과;

상기 챔버내로 피처리체를 장입하는 공정; 및,

상기 챔버안에 제 2 의 성막용가스를 공급하고 제 2 의 플라즈마를 생성하여 피처리체에 대하여 성막처리를 하는 공정을 구비하고,

상기 패시베이션막은, 상기 불소함유가스와 상기 샤워헤드부재의 표면의 금속이 반응하여 금속불화물의 막으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 화학적 증착 성막방법.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 불소함유가스는, ClF₃, NF₃, HF, F₂, C₂F₆ 또는 C₄F₈ 로 부터 선택되는 것을 특징으로 하는 화학적 증착 성막방법.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 성막용 가스는, 금속염화물 또는 유기금속화합물계 가스와 환원가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 증착 성막방법.
제 1 항 내지 제 4 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 샤워헤드부재의 표면에는 코팅막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 화학적 증착 성막방법.
제 7 항에 있어서, 상기 코팅막은, 금속계재료 또는 세라믹재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 화학적 증착 성막방법.
제 7 항에 있어서, 상기 금속계재료는, A1, Ni, Fe, Cr 및 Ag의 적어도 1종을 포함하는 금속 또는 합금인 것을 특징으로 하는 화학적 증착 성막방법.
처리 용기내에 티탄을 포함하는 성막 가스를 공급하여, 재치대상에 놓여진 피처리체상에 티탄막을 형성하는 방법으로서,

상기 처리 용기내에 상기 피처리체가 존재하지 않는 상태를 형성하는 공정과;

상기 처리 용기의 재치대를 가열하는 공정과;

상기 처리 용기내에 불소 함유 가스를 공급하여, 샤워헤드부재의 표면에 패시베이션막을 형성하는 공정과;

상기 처리 용기내에 상기 피처리체가 존재하지 않는 상태에서, 상기 처리용기내에 티탄을 포함하는 제1의 가스를 공급하여, 상기 패시베이션막상에 프리코트막을 형성하는 공정과;

상기 처리 용기내로 상기 피처리체를 반입하여, 상기 재치대에 얹어놓는 공정; 및,

상기 처리 용기내에 상기 티탄을 포함하는 제2의 가스를 공급하여, 상기 피처리체상에 티탄막을 형성하는 공정을 구비하고,

상기 패시베이션막은, 상기 불소함유가스와 상기 샤워헤드부재의 표면의 금속이 반응하여 금속불화물의 막으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 티탄막의 형성방법.
제 10 항에 있어서, 상기 불소함유가스는, ClF₃, NF₃, F₂, C₂F₆ 또는 C₄F₈ 의 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 티탄막의 형성방법.
제 10 항에 있어서, 상기 티탄을 포함하는 가스는 TiCl₄ 가스인 것을 특징으로 하는 티탄막의 형성방법.
처리 용기내에 TiCl₄ 가스를 포함한 성막 가스를 샤워헤드를 통하여 공급하는 것에 의해, 재치대상에 얹어놓여진 피처리체상에 티탄막을 형성하는 방법으로서,

상기 처리 용기내에 상기 피처리체가 존재하지 않는 상태를 형성하는 공정과;

상기 처리 용기의 재치대를 가열하는 공정과;

상기 처리 용기내에 상기 샤워헤드를 통하여 ClF₃ 가스를 공급하는 것에 의해, 상기 샤워헤드의 표면에 패시베이션막를 형성하는 공정과;

상기 처리 용기내에 상기 피처리체가 존재하지 않는 상태에서, 상기 처리용기내로 상기 TiCl₄ 가스를 포함하는 제 1의 가스를 공급하여 제1의 플라즈마를 생성하고, 상기 패시베이션막상에 프리코트막을 형성하는 공정과;

상기 처리 용기내에 상기 피처리체를 반입하고, 상기 재치대에 얹어놓는 공정; 및,

상기 처리 용기내에 상기 TiCl₄ 가스를 포함하는 제 2의 가스를 공급하여 제 2의 플라즈마를 생성하고, 상기 피처리체상에 티탄막을 형성하는 공정을 구비하며,

상기 패시베이션막은, 상기 ClF₃ 가스와 상기 샤워헤드부재의 표면의 금속이 반응하여 금속불화물의 막으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 티탄막의 형성방법.
제 13 항에 있어서, 상기 패시베이션막 형성공정은 처리온도가 150∼500℃인 것을 특징으로 하는 티탄막의 형성방법.
제 13 항에 있어서, 상기 패시베이션막 형성공정은 처리압력이 0.5∼5Torr인 것을 특징으로 하는 티탄막의 형성방법.
제 13 항에 있어서, 상기 티탄막 형성공정은 400∼1000℃의 온도로 행해지는 것을 특징으로 하는 티탄막의 형성방법.
피처리체상에 막을 형성하는 성막 처리 장치로서,

상기 피처리체를 반입하는 처리 용기와;

상기 처리 용기내에 배치하여 상기 피처리체를 얹어놓는 재치대와;

상기 처리 용기의 상부에 설치되고, 상기 처리 용기내에 패시베이션 가스 또는 성막 가스를 도입하는 샤워헤드와;

상기 피처리체를 가열하는 히터와;

상기 샤워헤드에 접속되고, 상기 샤워헤드를 통하여, 상기 패시베이션 가스를 상기 처리 용기내에 공급하기 위한 제 1의 가스원과;

상기 샤워헤드에 접속되고, 상기 샤워헤드를 통하여, 상기 성막 가스를 상기 처리 용기내에 공급하기 위한 제 2의 가스원; 및,

상기 처리 용기내를 배기하는 배기 장치를 구비하며,

상기 샤워헤드는 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어지고, 그 샤워헤드의 표면에, 그 니켈 또는 니켈 합금과 상기 패시베이션 가스가 반응하여, 패시베이션막을 형성하는 것을 특징으로 하는 성막 처리 장치.
피처리체상에 티탄막을 형성하는 성막 처리 장치로서,

상기 피처리체를 반입하는 처리 용기와;

상기 처리 용기내에 배치하고, 상기 피처리체를 얹어놓는 재치대와;

상기 처리 용기의 상부에 절연부재를 통하여 설치되고, 복수의 가스도입구멍을 갖는 샤워헤드와;

상기 재치대에 설치되고, 상기 피처리체를 가열하는 히터와;

상기 샤워헤드에 접속되고, 상기 가스도입구멍을 통하여 ClF₃ 가스를 상기처리 용기내에 공급하기 위한 ClF₃ 가스원과;

상기 샤워헤드에 접속되고, 상기 가스도입구멍을 통하여 TiCl₄ 가스를 상기처리 용기내에 공급하기 위한 TiCl₄ 가스원과;

상기 샤워헤드에 접속되고, 상기 가스도입구멍을 통하여 환원 가스를 상기 처리 용기내에 공급하기 위한 환원가스원과;

상기 샤워헤드에 정합기를 통하여 접속하는 고주파전원; 및,

상기 처리 용기내를 배기하는 배기장치를 구비하며,

상기 샤워헤드는 니켈 또는 니켈 합금 금속부재로 이루어지고, 그 샤워헤드의 표면에, 그 니켈 또는 니켈 합금과 상기 ClF₃ 가스가 반응하여, 금속불화물을 형성하는 것을 특징으로 하는 성막 처리 장치.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 패시베이션막은, 금속염화물을 함유하는 것을 특징으로 하는 화학적 증착 성막방법.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 샤워헤드 표면이 신품 상태, 또는 상기 표면이 화학세정(화학 연마), 기계 연마, 가공 성형 또는 성막처리에 사용한 표면을 가공 성형한 것 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 성막 처리 장치.
제 18 항에 있어서, 상기 샤워헤드는 절연부재를 통하여 처리용기에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 성막 처리 장치.
제 18 항에 있어서, 상기 샤워헤드는 정합기를 통하여 고주파전원을 접속하는 것을 특징으로 하는 성막 처리 장치.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 샤워헤드는 상단 블록과 중단 블록과 하단 블록으로 구성되는 것을 특징으로 하는 성막 처리 장치.
제 23 항에 있어서, 상기 중단 블록은 니켈합금으로 이루어지고, 상기 하단 블록은 네켈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 성막 처리 장치.
제 17 항에 있어서, 상기 패시베이션막은, 금속염화물을 함유하는 것을 특징으로 하는 성막 처리 장치.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 패시베이션막은, 금속염화물을 함유하는 것을 특징으로 하는 화학적 증착 성막방법.
제 1 항 내지 제 4 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 샤워헤드 표면이 신품 상태, 또는 상기 표면이 화학세정(화학 연마), 기계 연마, 가공 성형 또는 성막처리에 사용한 표면을 가공 성형한 것 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화학적 증착 성막방법.
제 10 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 샤워헤드 표면이 신품 상태, 또는 상기 표면이 화학세정(화학 연마), 기계 연마, 가공 성형 또는 성막처리에 사용한 표면을 가공 성형한 것 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 티탄막의 형성방법.
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