KR100878910B1 - 성막 장치 및 성막 방법 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
세이지 사무까와
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Abstract

성막 장치(10)는 처리 가스로 가압되고, 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생실(14)과, 기판을 수납하고, 기판에 대하여 막을 형성하기 위한 성막실(20)과, 복수의 구멍을 갖고, 플라즈마 발생실(14)과 성막실(기판 처리실)(20)을 분리하는 분리판(16)을 포함한다. 분리판(16)의 구멍의 직경은 플라즈마 발생실(14)의 압력이 성막실(20)의 압력보다도 2.0배 이상 높게 되는 치수이다. 성막 장치(10)는 플라즈마 발생실(14)과 성막실(20)의 사이에 소정의 바이어스 전압을 인가하는 수단을 더 포함한다.

Description

성막 장치 및 성막 방법{FILM-FORMING APPARATUS AND FILM-FORMING METHOD}
본 발명은 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것으로, 특히 단시간에 성막이 가능한 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.
종래의 CVD를 이용한 성막 장치 및 방법이 예컨대 일본 특허 공개 제 2001-185546호 공보(특허 문헌 1) 및 특허 공개 제 2002-539326호(특허 문헌 2)에 개시되어 있다. 특허문헌 1은 진공 배기 가능한 진공 용기내에 기판을 설치하는 반응실과 플라즈마 형성실을 전극부에 의해 분리하여 반응실내에서 성막을 실행하는 성막 장치를 개시하고 있다. 전극부의 구조는 그물 형상 혹은 빗형상이며, 그에 따라 플라즈마 형성실에 형성한 플라즈마를 폐쇄하고, 라디칼은 투과시키는 구조를 채용하고 있다. 상기 플라즈마 형성실에 형성된 라디칼을 반응실로 수송하는 동시에, 반응실로 제 2 가스를 도입함으로써, 상기 라디칼과의 기상 반응 혹은 상기 기판상에서의 표면 반응이 진행되어 기판상에 막이 형성된다.
특허 문헌 2는 퇴적실내의 기판 표면상에 금속을 퇴적시키는 방법을 개시하고 있다. 그 방법은 (a) 금속을 함유하는 분자 전구체 가스 또는 증기를 기판 표면상으로 흘림으로써, 기판 표면상에 금속의 모노레이어를 퇴적시켜, 상기 표면이, 금속을 퇴적시켜서 반응 생성물을 형성함으로써, 전구체가 반응하는 제 1 반응성 종에 의해 포화되도록 하여, 금속 표면을 금속 전구체로부터의 리간드로 피복된 상태로 해 두고, 그로써 더 이상은 전구체와 반응할 수 없는 단계와, (b) 전구체 가스 또는 증기를 흘리는 것을 정지하는 단계와, (c) 불활성 가스에 의해 전구체를 퍼징하는 단계와, (d) 적어도 1개의 라디칼종을 실내의 기판 표면상으로 흘려 넣고, 라디칼종이, 금속 전구체층의 표면 리간드와의 높은 반응성을 갖고, 반응 생성물로서 리간드를 제거하고, 또한 표면을 포화시켜, 제 1 반응성 종을 제공하는 단계와, (e) 소망하는 두께의 금속막을 얻을 수 있을 때까지 상기 단계를 순서 정확하게 반복하는 단계를 구비한다.
종래의 CVD를 이용한 성막 장치 및 방법은 상기와 같은 것이었다. 특허 문헌 1의 장치에 있어서는, 기판을 설치하는 반응실과 플라즈마 형성실을 전극부에 의해서만 분리하고 있기 때문에, 성막 가스가 플라즈마 형성실로 유입되고, 그것이 라디칼과 반응하여, 플라즈마 형성실측에도 성막된다는 문제가 있었다.
특허 문헌 2의 방법에 있어서는, 금속을 함유하는 분자 전구체 가스 또는 증기를 기판 표면상으로 흘림으로써, 기판 표면상에 금속의 모노레이어를 퇴적시키고, 상기 표면이, 금속을 퇴적시켜서 반응 생성물을 형성함으로써, 전구체가 반응하는 제 1 반응성 종에 의해 포화된 후, 전구체 가스 또는 증기를 흘리는 것을 정지하고, 불활성 가스에 의해 전구체를 퍼징하며, 그 후 라디칼종을 기판 표면으로 흘려서 리간드를 제거하고 있다. 이와 같이 성막중에 퍼징 처리가 필수적이기 때문에, 성막에 시간이 걸리는 문제점이 있었다.
발명의 요약
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 성립된 것으로, 플라즈마 발생실측에 막의 부착이 없고, 또한 단시간에 성막이 가능한 성막 장치 및 성막 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 성막 장치는 소정의 처리 가스가 도입되고, 소정의 압력으로 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생실과, 기판을 수납하고, 성막 가스를 이용하여 소정의 압력으로 상기 기판에 소망하는 막을 형성하기 위한 성막실(기판 처리실이라고도 함)과, 성막실에 접속되어 성막실을 배기하는 진공 배기 수단과, 플라즈마 발생실의 압력을 성막실의 압력보다 양압으로 되도록 구성된 복수의 구멍을 갖는, 플라즈마 발생실과 성막실을 분리하는 분리판을 포함한다.
플라즈마 발생실과 성막실이 분리판에 의해 분리되고, 그 사이는 플라즈마 발생실의 압력을 성막실의 압력보다 양압으로 되도록 구성된 복수의 구멍으로 접속되어 있다. 따라서, 성막 가스가 플라즈마 발생실로 흐르지 않는다. 그 결과, 플라즈마 발생실에 성막되지 않는다. 또한, 라디칼을 항시 성막실에 공급할 수 있기 때문에, 종래와 같이 기판이 성막 가스로 포화되지 않아, 종래와 같은 퍼징이 불필요해지기 때문에, 성막 시간을 단축할 수 있다.
바람직하게는, 플라즈마 발생실과 성막실의 사이에 소정의 바이어스 전압을 인가하는 수단을 포함한다.
플라즈마 발생실과 성막실의 사이에 소정의 바이어스 전압이 인가되어 있기 때문에, 처리 가스에 기초하여 플라즈마 발생실에서 발생한 이온은 바이어스 전압의 극성에 따라 선택적으로 성막실로 유도된다. 더욱 바람직하게는, 구멍의 직경은 플라즈마 발생실과 성막실의 압력차가 1.5배 이상이 되는 치수이다.
더 바람직하게는, 구멍의 직경은 플라즈마 발생실과 성막실의 압력차가 2.0배 이상이 되는 치수이다. 압력차가 2.0배 이상으로 되면 구멍을 통과하는 가스의 속도는 음속으로 된다. 그 결과, 성막실의 성막 가스는 플라즈마 발생실에 유입되지 않는다.
더 바람직하게는, 성막실에는 기판에 소망하는 막을 형성하기 위한 성막 가스를 공급하는 성막 가스 공급 수단이 설치되고, 성막 가스 공급 수단은 성막실의 거의 전체 영역에 분포하는 가스 분출구를 갖는다.
성막 가스 공급 수단은 분리판과 일체적으로 구성될 수도 있다.
더 바람직하게는, 분리판은 플라즈마 발생실측의 상면과 성막실측의 하면을 갖고, 구멍의 상면의 직경은 하면의 직경보다도 크다.
분리판은 카본, 실리콘 또는 알루미늄으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 플라즈마는 마이크로파 또는 유도 결합 방식으로 발생시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 국면에 있어서는, 성막 장치는 반응 용기와 반응 용기내의 플라즈마 발생 영역에서 라디칼을 발생시키는 수단과, 반응 용기내에 설치되고, 기판을 탑재하는 탑재 수단과, 탑재 수단에 탑재된 기판상의 성막 영역에 소정의 성막 가스를 공급하는 성막 가스 공급 수단과, 성막 가스를 성막 영역내에 폐쇄하는 수단과, 기판에 대하여 성막 가스 중의 성막 성분을 라디칼을 통해서 연속적으로 중합시키도록 제어하는 성막 제어 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 국면에 있어서는, 성막 방법은 기판에 대하여 성막 가스를 기판 주위의 성막 영역에 폐쇄하고, 성막 가스 중의 성막 성분을 라디칼을 통해서 연속적으로 중합시킴으로써 기판상에 소망하는 막을 생성한다.
성막 가스를 기판 주위의 성막 영역에 폐쇄하고, 성막 가스 중의 성막 성분을 라디칼을 통해서 연속적으로 기판상에 중합시키기 때문에, 종래와 같은 퍼징은 불필요해진다. 그 결과, 단시간에 막의 형성이 가능한 성막 방법을 제공할 수 있다.
이 성막 방법에 있어서는, 금속막을 형성할 때는 수소 라디칼을 사용하고, 산화막을 형성할 때는 산소 라디칼을 사용하고, 질화막을 형성할 때는 질소 라디칼을 사용한다.
바람직하게는, 라디칼을 통해서 연속적으로 성막 성분을 중합시키는 단계는, 라디칼을 연속적으로 발생시키는 단계와, 성막 영역에 소망하는 막에 따른 성막 가스를 공급하는 단계를 포함하고, 라디칼을 연속적으로 발생시키는 단계는 제 1 압력으로 실행되고, 성막 영역에 소망하는 막에 따른 성막 가스를 공급하는 단계는 제 2 압력으로 실행되며, 제 1 압력은 제 2 압력보다 적어도 1.5배 이상 높다.
더욱 바람직하게는, 라디칼을 중성화하는 단계를 포함하고, 라디칼을 연속적으로 중합시키는 단계는 중성화된 라디칼을 기판에 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 국면에 의하면, 성막 장치는 처리 가스로 가압되고, 플라즈 마를 발생시키는 플라즈마 발생실과, 기판을 수납하고, 기판에 대하여 성막 가스를 도입함으로써, 소망하는 막을 형성하기 위한 성막실과, 복수의 구멍을 갖고, 플라즈마 발생실과 성막실을 분리하는 분리판을 포함하며, 분리판의 구멍은 처리 가스가 플라즈마 발생실로부터 성막실로 일방 통행으로 흐르는 치수이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 성막 장치의 개략 단면도,
도 2a는 분리판을 도시하는 도면,
도 2b는 분리판을 도시하는 도면,
도 3은 분리판의 구멍을 가스가 통과할 때의 모양을 도시하는 도면,
도 4는 분리판의 구멍의 다른 예를 도시하는 도면,
도 5a는 종래의 성막 방법을 단계마다 도시하는 도면,
도 5b는 종래의 성막 방법을 단계마다 도시하는 도면,
도 5c는 종래의 성막 방법을 단계마다 도시하는 도면,
도 5d는 종래의 성막 방법을 단계마다 도시하는 도면,
도 6a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 성막 방법을 단계마다 도시하는 도면,
도 6b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 성막 방법을 단계마다 도시하는 도면,
도 6c는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 성막 방법을 단계마다 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 성막 장치의 개략 단면도.
이하, 본 발명의 일 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 성막 장치(10)의 구성을 도시하는 개략 단면도이다. 도 1을 참조하여, 성막 장치(10)는 플라즈마 처리 장치로 구성된다. 성막 장치(10)는, 예컨대 측벽이나 바닥부가 알루미늄 등의 도체에 의해 구성되어서, 전체가 통체 형상으로 성형된 처리 용기(15)를 갖고 있다.
이 처리 용기(15)내에는 플라즈마 발생실(14)과 성막 가스를 이용하여 기판으로의 성막을 실행하는 성막실(20)이 설치되고, 그 사이는 분리판(16)으로 분리되어 있다. 분리판(16)에는 미세한 직경의 구멍이 다수 설치되어 있다. 이 상세한 사항에 대해서는 후술한다.
처리 용기(15)의 천정부는 개구되고, 여기에 예컨대 AlN, Al2O3, SiO2 등의 세라믹재로 이루어지고 마이크로파에 대해서는 투과성을 갖는 두께가 20㎜ 정도인 유전체판(31)이 지지 프레임 부재(32)에 의해 지지된 상태에서 O링 등의 밀봉 부재를 통해서 설치된다.
이 유전체판(31)의 상부에는 원판 형상의 평면 안테나로서 기능하는 슬롯판(33)이 설치된다. 슬롯판(33)의 상부에는 유전체판(30)을 거쳐서 내부에 냉매가 흐르는 냉각 플레이트(34)가 설치된다.
유전체판(30)은 석영, 알루미나, 질화 알루미늄 등으로 이루어진다. 이 유전체판(30)은 지연판 또는 파장 단축판이라 불리는 경우가 있고, 마이크로파의 전파 속도를 저하시킴으로써, 파장을 짧게 하여 슬롯판(33)으로부터 방사되는 마이크로파의 전파 효율을 향상시킨다.
처리 용기(15)의 상단 중앙은 동일축 도파관(29)에 접속된다. 동일축 도파관(29)은 도시하지 않는 마이크로파 발생기에 접속되어 있어, 슬롯판(33)에 마이크로파를 전파하도록 되어 있다. 이 도파관(29)으로는, 단면 원형 혹은 구형의 도파관이나 동일축 도파관을 사용할 수 있다.
성막실(20)에는 상면에 피처리체로서의, 예컨대 반도체 기판(W)을 탑재하는 탑재대(35)가 수용된다. 이 탑재대(35)는, 예컨대 알루마이트 처리한 알루미늄 등에 의해 평탄하게 된 대략 원주 형상으로 형성되어 있다. 이 하부는 마찬가지로 알루미늄 등에 의해 원주 형상으로 이루어진 지지대(36)가 설치되고, 이로써 탑재대(35)가 지지된다. 이 지지대(36)는 처리 용기(15)내의 바닥부에 절연재를 거쳐서 설치되어 있다. 탑재대(35)의 상면에는 여기에 반도체 기판(W)을 유지하기 위한 정전척 혹은 클램프 기구(도시하지 않음)가 설치되는 경우도 있다.
탑재대(35)를 지지하는 지지대(36)에는 플라즈마 처리시의 기판의 온도를 제어하기 위한, 도시하지 않은 냉각수 또는 온수를 흘리는 재킷이 설치된다. 탑재대(35)의 온도는 처리 용기(15)의 벽면보다도 낮아지도록 구성되어 있기 때문에, 처리 용기(15)의 벽면에 성막 가스 등이 부착되지 않는다.
플라즈마 발생실(14)의 처리 용기(15) 측면의 소정의 위치에는, 플라즈마 발생실(14)에 소정의 처리 가스를 도입하기 위한 처리 가스 공급 노즐(제 1 가스 공급 노즐)(17)이 설치된다. 처리 가스는 불활성 가스를 포함한다. 불활성 가스로는 Ar이 사용되고, 처리 가스로는 형성하는 막에 따라 금속이면 H2+Ar 가스, 산화막이면 O2+Ar 가스, 질화막이면 N2+Ar 가스를 사용할 수 있다. 이 처리 가스 공급 노즐은, 예컨대 석영 파이프, 알루미늄의 구조체로 형성되어 있다.
성막실(20)의 처리 용기(15)의 측면에는 기판으로의 퇴적용의 성막 가스를 도입하기 위한 성막 가스 공급 노즐(제 2 가스 공급 노즐)(18)이 설치된다. 성막 가스 공급 노즐(18)은 예컨대 석영 파이프 또는 알루미늄의 구조체로 형성되어 있다.
또한, 성막 가스 공급 노즐(18)은 분리판(16)에 형성될 수도 있다.
성막 가스로는 사염화 규소, 육불화 텅스텐, 오염화 탄탈, 트리메틸 알루미늄, 삼염화 알루미늄, 사염화 티탄, 사요오드화 티탄, 육불화 몰리브덴, 이염화 아연, 사염화 하프늄, 오염화 니오브, 염화 구리 등이 사용된다.
또한, 처리 용기(15)의 측벽에는, 이 내부에 대하여 기판을 반입·반출할 때에 개폐하는, 도시하지 않은 게이트 밸브가 설치되는 동시에, 이 측벽을 온도 조절하는 재킷이 설치된다. 또한, 처리 용기(15)의 바닥부에는, 진공 펌프(진공 배기 수단)(26)에 접속된 배기구가 설치되어 있고, 필요에 따라 처리 용기(32)내를 소정의 압력까지 진공 흡인할 수 있도록 되어 있다.
또한, 분리판(16)과 플라즈마 발생실(14)의 사이에는, 가변의 DC 바이어스 또는 소정의 AC 바이어스가 인가된다. 이 바이어스 전압은 처리 조건에도 의존하지만, 10eV 내지 50eV 이상으로 설정된다.
다음에, 도 2a 및 도 2b를 참조하여, 분리판(16)에 대하여 설명한다. 도 2a는 분리판(16)의 평면도이고, 도 2b는 도 2a에 있어서, 화살표 B-B로 도시하는 부분의 단면도이다.
상기한 바와 같이, 분리판(16)에는 플라즈마 발생실(14)과 성막실(20) 사이에서 플라즈마 발생실(14)의 압력이 성막실(20)의 압력보다 소정의 압력차에서 양압으로 되도록 복수의 구멍이 설치되어 있다. 즉, 복수의 구멍의 직경은 양자간에 적어도 1.5배 이상의 압력차가 생기도록, 보다 바람직하게는 2배 이상의 압력차가 되도록 선택된다. 구체적으로는 구멍 직경 1㎜이고, 깊이가 5㎜ 이상이 바람직하지만, 이것은 처리 가스의 유량에 따라서도 변화된다.
도 2a 및 도 2b를 참조하여, 이 실시 형태에 도시하는 분리판(16)은 성막 가스를 공급하는 성막 가스 통로(40)가 내장되어 있다. 성막 가스 통로(40)는 처리 용기(15)의 원주상의 소정의 위치에 설치된 성막 가스 공급 노즐(18)(도 1 참조)에 접속되고, 성막 가스를 성막실(20)에 공급한다.
분리판(16)은 원판 형상이고, 직경이 작은 다수의 구멍(41)과 구멍(41)의 주위에 성막 가스를 공급하기 위해서, 구멍(41)의 주위에 행렬 방향으로 배열된 가스 통로(42)와, 가스 통로(42)의 교점에 설치된 가스 배출구(43)를 포함한다. 가스 통로(42)나 가스 배출구(43)는 도시에 한정하지 않고, 구멍(41)의 벽면에 가스 통로(42)를 접속하고, 구멍(41)을 향해서 성막 가스를 배출하도록 할 수도 있다.
플라즈마 발생실(14)과 성막실(20)이 분리판(16)으로 분리되고, 분리판(16)에 설치한 구멍(41)의 직경을 적절히 선택함으로써 상호 실의 압력차를 적어도 1.5배가 되도록 했다. 상호 실의 압력차를 2배로 하면, 그 사이를 접속하는 구멍(41)을 통과하는 가스의 유속은 음속으로 된다. 따라서, 성막실(20)측의 성막 가스가 플라즈마 발생실(14)측으로 흐르지 않는다. 그 결과, 플라즈마 발생실(14)측에 성막 가스에 의한 퇴적이 발생되지 않는다. 이 구멍(41)의 직경은, 반드시 그곳을 통과하는 가스의 유속이 음속으로 되지 않아도, 그것에 가까운 속도라도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 상기한 바와 같이, 플라즈마 발생실(14)의 압력이 성막실(20)의 압력의 1.5배 정도이면 된다.
또한, 구체적인 각 실의 압력으로는, 플라즈마 발생실(14)의 압력은 20mTorr 내지 500mTorr이고, 성막실의 압력은 10mTorr 내지 50mTorr이다.
또한, 분리판(16)의 구멍(41)의 분포로는, 중앙부에 대하여 주변부는 약 10% 많이 분포하도록 한다. 예컨대, 중앙부에는 구멍은 10㎜ 피치로 설치되는 것에 반해서, 주변부는 9㎜ 피치로 설치된다. 이것은 플라즈마의 밀도가 중앙부가 높고 주변부가 낮기 때문에, 이것을 보충하기 위해서이다.
또한, 분리판(16)의 재질로는 카본이 바람직하지만, 실리콘이나 알루미늄이어도 무방하다.
다음에, 분리판(16)과 플라즈마 발생실(14)의 처리 용기(15) 측면의 사이에 직류 또는 교류의 바이어스 전압을 인가한 경우에 대하여 설명한다. 분리판(16)과 플라즈마 발생실(14)의 사이에 바이어스 전압을 인가하면, 플라즈마 발생실(14)에서 발생한 라디칼이나 하전된 불활성 가스 중, 소망하는 극성을 갖는 라디칼 및/또는 불활성 가스를 선택적으로 구멍(41)을 통과시켜서 인출하거나, 중성화하여 소망하는 반응을 일으킬 수 있다.
도 3은 분리판(16)을 예컨대 양으로 대전한 아르곤 Ar+ 가스가 통과하는 상태를 도시하는 도면이다. 또한, 여기서는, 성막 가스 통로(40)는 생략하고 있다. 도 3을 참조하여, 아르곤 Ar+ 가스가 구멍(41)을 통과할 때에, 구멍(41)의 벽면(44)에 충돌한다. 그 때, 분리판(16)에 음의 바이어스가 인가되어 있으면, 아르곤 Ar+ 가스가 중화되어서, 중화된 아르곤 Ar로서 성막실(20)에 공급된다. 이렇게 하면, 운동에너지를 유지한 채로 아르곤 Ar 가스를 성막실로 공급할 수 있다. 그 결과, 처리 속도를 올릴 수 있다. 또한, 이 중성화는 불활성 가스에 한정하지 않고, 플라즈마 발생실에서 발생된 수소, 산소, 질소 등의 라디칼에 대해서도 동일하다.
도 4는 도 3을 변형한 실시 형태를 도시하는 도면이다. 도 4를 참조하여, 이 실시 형태에서는, 분리판(16)에 설치된 구멍(47)의 직경은 상면이 크고, 하면이 작게 되어 있다. 그 때문에, 플라즈마 발생실(14)로부터의 이온화된 불활성 가스 등이 구멍(47)을 통과할 때에, 벽면(48)에 충돌하는 확률이 증가하고, 그 결과 많은 중성화된 불활성 가스나 라디칼을 얻을 수 있다.
또한, 불활성 가스 등이 벽면(48)에 충돌되는 확률을 증가시키기 위해서는, 분리판(16)의 판두께를 늘려도 된다.
다음에, 이 실시형태에 있어서의 성막 방법에 대해서, 종래의 문헌 2에 있어서의 성막 방법과 비교하면서 설명한다. 도 5a 내지 도 5d는 종래의 문헌 2에 있어서의 성막 방법을 도시한 도면이고, 도 6a 내지 도 6c는 이 실시 형태에 있어서의 성막 방법을 단계마다 도시한 도면이다.
우선, 도 5a 내지 도 5d를 참조하여, 종래의 방법에 대하여 설명한다. 여기서는 성막 가스로서 사염화 규소 SiCl4를 채용한 예에 대하여 설명한다. 종래는, 우선 기판 표면이 -OH(수산기)로 종단되어 있는 상태에서 사염화규소 SiCl를 성막 가스로서 흘린다(도 5a).
기판에는 O-SiCl3이 부착되고, HCl이 탈리하지만, 성막 가스가 연속하여 공급되기 때문에, 기판 표면은 서서히 Cl 원자에 의해 피복되어(도 5b), 기판 표면이 Cl 원자로 포화된다. 거기서 여분의 성막 가스를 제거하기 위해서 불활성 가스로 퍼징을 실행한다(도 5c). 그 후, 수소 라디칼 및 산소 라디칼을 이용하여 원래의 수산기 포화 표면을 형성한다(도 5d).
다음에, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 성막 방법에 대하여 설명한다. 도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 성막 방법을 단계마다 도시한 도면이다. 도 6a 내지 도 6c를 참조하여, 이 실시 형태에 있어서는, 기판 표면이 -OH(수산기)로 종단되어 있는 상태에서, 사염화 규소 SiCl를 성막 가스로서 흘리고(도 6a), 기판에는 O-SiCl3이 부착되며, HCl이 탈리하는 반응이 생기는 점은 종래와 동일하다.
그러나, 이 실시 형태에 있어서는, 성막 가스가 연속해서 공급되어도, 동시에 수소 가스(H)의 라디칼이 항시 공급되기 때문에(도 6b), Cl 원자는 수소 라디칼과 반응하여, 기판이 Cl에 의해 덮어지는 현상은 발생하지 않고, 차례대로 원하는 원자의 층이 형성된다(도 6c).
이상과 같이, 이 실시 형태에 의한 성막 방법에 의하면, 도 5c에 도시하는 바와 같은 성막시의 퍼징이 불필요해지기 때문에, 반도체 기판에 금속막을 성막하는 처리 능력을 증대시킬 수 있다.
또한, 반응을 어시스트하는 라디칼이 항시 공급되고 있기 때문에, 미반응의 성막 가스를 저감할 수 있다. 따라서, 종래와 같이, 미반응의 성막 가스가 막중으로 취입되지 않는다. 그 결과, 양질의 막을 형성할 수 있다.
또, 성막 가스는 항시 기판에 공급되지 않고, 간헐적으로 공급될 수도 있다.
이 경우에, 바이어스 전압의 인가에 의해, 라디칼을 중성화하여 처리하면, 상기한 바와 같이, 보다 큰 에너지를 사용하여 처리가 가능하기 때문에 바람직하다.
또한, 구체적인 성막 조건의 일례로는, 처리 가스로서의 아르곤 가스의 유량은 100sccm이고, 성막 가스의 유량은 0.1-100sccm이다.
다음에 본 발명의 다른 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 성막 장치의 개략 단면도이다. 도 7을 참조하여, 이 실시 형태에 있어서는, 성막 장치는 플라즈마를 발생하는 데에 앞의 실시 형태와 같이 마이크로파를 사용하지 않고, 유도 결합(Inductive Coupled Plasma) 방식의 플라즈마 발생 장치를 사용한다. 즉, 이 형식의 성막 장치(60)는 플라즈마 발생실(14)에 플라즈마를 발생시키기 위해서, 코일(61)과 코일(61)에 고주파를 인가하기 위한 교류 전원(62)을 포함한다. 이외의 구성 요건에 대해서는, 앞의 실시 형태와 동일하기 때문에, 그 설명은 생략한다.
상기 실시 형태에 있어서는, 기판상에 규소의 금속막을 성막하는 경우에 대하여 설명했지만, 이것에 한정하지 않고, 처리 가스 및 성막 가스를 선택함으로써, 각종의 산화막, 질화막 및 금속막을 형성할 수 있다. 즉, 산화막을 형성할 때는 산소계 가스를, 질화막을 형성할 때는 질소계 가스를, 금속막을 형성하고자 할 때는 수소 가스를, 각각 처리 가스로서 플라즈마 발생실(14)에 공급하면 된다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 라디칼로서 수소 라디칼을 채용한 예로 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 상기한 바와 같이, 처리에 따라 산소나 질소 등의 다른 라디칼을 이용할 수도 있다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 분리판에 퇴적용 가스를 공급하는 통로를 내장한 예에 대하여 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 분리판과 성막 가스를 공급하는 통로를 별도로 할 수도 있다.
도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 형태를 설명했지만, 본 발명은 도시한 실시 형태에 한정되는 것이 아니다. 본 발명과 동일한 범위내에 있어서, 또는 균등한 범위내에 있어서, 도시한 실시 형태에 대하여 각종 변경을 부가하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 성막 장치 및 성막 방법은, 플라즈마 발생실에 성막되지 않고, 종래와 같이 기판이 성막 가스로 포화되지 않으며, 또한 퍼징이 불필요해지기 때문에, 성막 시간을 단축할 수 있다. 따라서, 성막에 있어서 유리하게 이용된다.

Claims (24)

  1. 기판에 성막 처리하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 개구부를 기밀하게 밀봉하여 배치되는 유전체판과,
    상기 유전체판의 상부에 배치되고 상기 처리 용기내에 플라즈마를 생성하기 위한 안테나와,
    상기 처리 용기내를 분리하는, 복수의 구멍을 갖는 분리판과,
    상기 분리판의 상방의 상기 처리 용기내에 상기 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생실과,
    상기 분리판의 하방의 상기 처리 용기내에서 상기 플라즈마에 의해 상기 기판에 성막 처리하는 기판 처리실과,
    상기 플라즈마 발생실에 불활성 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 노즐과,
    상기 기판 처리실에 성막 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 노즐과,
    상기 처리 용기내를 진공 흡인하는 진공 펌프
    를 구비하고,
    상기 안테나는, 슬롯판으로 이루어지고, 이 슬롯판으로부터 마이크로파를 상기 플라즈마 발생실내에 도입하여 상기 플라즈마를 생성하는 평면 안테나인
    성막 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생실과 상기 성막실의 사이에 직류 또는 교류의 바이어스 전압을 인가하는 수단을 포함하는
    성막 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 가스 공급 노즐이 상기 분리판에 형성되어 있는
    성막 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 구멍의 직경은 상면보다 하면 쪽이 작은
    성막 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리판은 카본, 실리콘 및 알루미늄으로부터 선택되는 재질로 이루어지는
    성막 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 기판에 성막 처리하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 개구부를 기밀하게 밀봉하여 배치되는 유전체판과,
    상기 유전체판의 상부에 배치되고 상기 처리 용기내에 플라즈마를 생성하기 위한 안테나와,
    상기 처리 용기내를 분리하는, 복수의 구멍을 갖는 분리판과,
    상기 분리판의 상방의 상기 처리 용기내에 상기 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생실과,
    상기 분리판의 하방의 상기 처리 용기내에서 상기 기판을 상기 플라즈마에 의해 처리하는 기판 처리실과,
    상기 플라즈마 발생실에 불활성 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 노즐과,
    상기 기판 처리실에 성막 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 노즐과,
    상기 처리 용기내를 진공 흡인하는 진공 펌프
    를 구비하고,
    상기 안테나는, 슬롯판으로 이루어지고, 이 슬롯판으로부터 마이크로파를 상기 플라즈마 발생실내에 도입하여 상기 플라즈마를 생성하는 평면 안테나인
    성막 장치를 이용하여 상기 기판에 성막 처리하는 성막 방법으로서,
    상기 플라즈마 발생실내에 상기 제 1 가스 공급 노즐로부터 불활성 가스를 공급하는 공정과,
    상기 기판 처리실내에 상기 제 2 가스 공급 노즐로부터 성막 가스를 공급하는 공정과,
    상기 처리 용기내를 상기 진공 펌프에 의해 진공 흡인하여, 상기 분리판에 의해 해당 플라즈마 발생실의 압력을 제 1 압력으로 하고, 상기 기판 처리실내의 압력을 제 2 압력으로 하는 공정과,
    상기 플라즈마 발생실내에 상기 평면 안테나를 통해서 해당 불활성 가스의 플라즈마를 생성하는 공정
    을 구비하고,
    상기 플라즈마 발생실에서 발생한 라디칼 및 하전된 불활성 가스를 상기 분리판의 구멍을 통과시켜 상기 기판 처리실내에 공급하여 상기 성막 가스와 반응시킴으로써, 상기 기판에 성막되는
    성막 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 압력은 상기 제 2 압력보다 적어도 1.5배 이상 높은
    성막 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 구멍은 상기 분리판의 중앙에 대하여 주변에 형성되는 비율이 많은
    성막 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체판은 AlN, Al2O3 및 SiO2로부터 선택되는
    성막 장치.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 가스 공급 노즐이 상기 분리판에 형성되어 있는
    성막 방법.
  21. 제 11 항에 있어서,
    상기 분리판과 상기 플라즈마 발생실의 사이에 바이어스를 인가하는
    성막 방법.
  22. 제 11 항에 있어서,
    상기 불활성 가스를 포함하는 처리 가스는 Ar과 수소 가스, Ar과 산소 가스 및 Ar과 질소 가스로부터 선택되고, 상기 성막 가스는 사염화 규소, 육불화 텅스텐, 오염화 탄탈, 트리메틸 알루미늄, 삼염화 알루미늄, 사염화 티탄, 사요오드화 티탄, 육불화 몰리브덴, 이염화 아연, 사염화 하프늄, 오염화 니오브 및 염화 구리로부터 선택되는
    성막 방법.
  23. 제 11 항에 있어서,
    상기 분리판은 카본, 실리콘 및 알루미늄으로부터 선택되는 재질로 이루어지는
    성막 방법.
  24. 제 11 항에 있어서,
    상기 유전체판은 AlN, Al2O3 및 SiO2로부터 선택되는
    성막 방법.
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