KR101004975B1 - 성막 장치의 시즈닝 방법 - Google Patents

Abstract

처리 용기 내에 수용하는 기판에 질화 규소막을 성막하는 성막 장치에 있어서, 파티클을 저감시키기 위한 성막 장치의 시즈닝 방법을 제공한다. 그 때문에, 처리 용기 내벽에 부착된 막의 플라즈마 클리닝을 실시한 후 (단계 S1), 아모르퍼스-실리콘막을 퇴적하고 (단계 S2), 그 위에 질소 함유량을 두께 방향으로 점증시킨 질화 규소막을 퇴적하고 (단계 S3), 기판으로의 성막이 개시될 때까지, 처리 용기 내를 희가스의 플라즈마로 유지한다 (단계 S4).

Description

성막 장치의 시즈닝 방법 {METHOD OF SEASONING FILM-FORMING APPARATUS}

본 발명은 성막 장치의 시즈닝 방법에 관한 것으로, 예를 들어, 반도체 디바이스를 구성하는 막을 성막하는 플라즈마 CVD 장치 등에 바람직한 것이다.

반도체 프로세스에 있어서는, 반도체 디바이스를 구성하는 막을 성막하기 위해, 예를 들어, 플라즈마 CVD 장치 등의 성막 장치를 이용하여 기판 상에 성막을 실시하고 있다. 이 때, 성막되는 막은 기판 상뿐만 아니라 성막 장치의 처리 용기 내벽에도 부착된다. 처리 용기 내벽에 부착되는 막은 기판으로의 성막시마다 점점 더 퇴적되고, 그대로 방치하면 벗겨져 버려 파티클의 원인이 될 우려가 있기 때문에, 정기적으로 플라즈마 클리닝을 실시하여 내벽에 부착된 불필요한 막을 제거하고, 또한, 오염 물질을 억제하여 프로세스를 안정화시키기 위해, 통상 기판으로의 성막과 동일한 조건으로 기판이 없는 상태에서 소정량의 성막을 실시하도록 하고 있다 (시즈닝).

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 평11-16845호

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

프로세스의 안정화를 위해 시즈닝은 필요한 것인데, 질화 규소막의 경우, 막자체의 응력이 높고, 또, 처리 용기의 내벽과의 밀착성도 나쁘기 때문에, 처리 용기의 내벽으로부터 벗겨져 파티클이 되기 쉬워, 파티클을 저감시킬 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 파티클을 저감시키는 성막 장치의 시즈닝 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 과제를 해결하는 제 1 발명에 관련된 성막 장치의 시즈닝 방법은,

처리 용기 내에 수용하는 기판에 질화 규소막을 성막하는 성막 장치의 시즈닝 방법으로서,

상기 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하고, 그 클리닝 가스를 플라즈마 상태로 하여, 상기 처리 용기의 내벽에 부착된 상기 질화 규소막을 에칭하고,

상기 처리 용기 내에 규소계 가스를 공급하고, 그 규소계 가스를 플라즈마 상태로 하여, 상기 처리 용기의 내벽에 아모르퍼스-실리콘막을 퇴적하고,

상기 처리 용기 내에 규소계 가스를 공급함과 함께 질소계 가스를 소정 유량까지 점증시켜 공급하고, 그 규소계 가스 및 그 질소계 가스를 플라즈마 상태로 하여, 상기 아모르퍼스-실리콘막 상에 질소 함유량을 두께 방향으로 점증시킨 질화 규소막을 퇴적하고,

기판으로의 질화 규소막의 성막이 개시될 때까지 상기 처리 용기 내에 희가스를 공급하여, 그 희가스의 플라즈마 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하는 제 2 발명에 관련된 성막 장치의 시즈닝 방법은,

상기 제 1 발명에 기재된 성막 장치의 시즈닝 방법에 있어서,

상기 아모르퍼스-실리콘막 상에 상기 질화 규소막을 퇴적할 때, 상기 질소계 가스를 소정 유량까지 처음에는 완만하게 점증시키고, 그 후 보다 신속하게 점증시켜 공급하는 것을 특징으로 한다.

발명의 효과

본 발명에 의하면, 처리 용기 내벽에 부착된 막의 플라즈마 클리닝 (에칭) 을 실시한 후, 아모르퍼스-실리콘막을 퇴적함과 함께, 그 위에 질소 함유량을 두께 방향으로 점증시킨 질화 규소막을 퇴적하여, 기판으로의 성막이 개시될 때까지 처리 용기 내를 희가스의 플라즈마로 유지하므로, 기판으로의 성막시의 파티클을 저감할 수 있다.

도 1 은 본 발명에 있어서의 성막 장치의 실시형태의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.

도 2 는 프로세스 조건 P1 ∼ P8 에 있어서의 파티클의 추이를 나타내는 그래프이다.

도 3 은 본 발명에 관련된 성막 장치의 시즈닝 방법을 설명하는 플로우 차트이다.

도 4 는 본 발명에 관련된 성막 장치의 시즈닝 방법에 있어서의 각 막의 퇴적 상태 및 질소 유량의 공급 상태를 설명하는 도면이다.

부호의 설명

1 진공 챔버 2 처리실

3 천정판 4 지지대

5 기판 7 안테나

8 정합기 9 고주파 전원

10a, 10b 가스 노즐 11 배기구

12 안테나 13 정합기

14 교류 전원

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명에 관련된 성막 장치의 시즈닝 방법을 도 1 ∼ 도 4 를 이용하여 상세하게 설명한다.

실시예 1

도 1 은 본 발명에 있어서의 성막 장치의 실시형태의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.

본 발명에 관련된 성막 장치는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 알루미늄제의 원통상 진공 챔버 (1) 의 내부가 처리실 (2)(처리 용기) 로서 구성되는 것이고, 진공 챔버 (1) 의 상부 개구부에는 전자파 투과창이 되는 세라믹제의 원판상 천정판 (3) 이 개구부를 막도록 배치 형성되어 있다. 또, 진공 챔버 (1) 의 하부에는 지지대 (4) 가 구비되고, 반도체 등의 기판 (5) 이 지지대 (4) 의 상면에 탑재된 다.

천정판 (3) 의 상부에는, 예를 들어, 복수의 원형 링으로 이루어지는 고주파 안테나 (7) 가 배치되어 있고, 고주파 안테나 (7) 에는 임피던스 매칭을 실시하는 정합기 (8) 을 통하여 플라즈마 발생용의 고주파 전원 (9) 이 접속되어 있다.

또, 진공 챔버 (1) 에는 처리실 (2) 내에 원하는 가스를 도입하는 가스 노즐 (10a, 10b) 이 형성됨과 함께 배기구 (11) 가 형성되어 있다. 배기구 (11) 는 도시되지 않은 진공 배기계로 접속되어 있고, 이 진공 배기계를 이용하여 처리실 (2) 내를 원하는 압력으로 제어하고 있다.

기판 (5) 을 지지하는 지지대 (4) 에는 안테나 (12) 가 형성되어 있고, 이 안테나 (12) 에는 임피던스 매칭을 실시하기 위한 정합기 (13) 를 통하여 바이어스용의 교류 전원 (14) 이 접속되어 있어, 안테나 (12) 가 기판 (5) 에 바이어스 전력을 인가하는 바이어스 전극으로서 기능한다.

상기 구성의 성막 장치에서는, 고주파 전원 (9) 으로부터 고주파 안테나 (7) 에 고주파 전력을 공급함으로써, 고주파 안테나 (7) 로부터 천정판 (3) 을 투과하여 전자파가 처리실 (2) 에 입사되고, 입사된 전자파의 에너지에 의해 가스 노즐 (10a, 10b) 을 통하여 처리실 (2) 내에 도입된 가스를 이온화하여 플라즈마를 발생시키고 있다. 그리고, 발생시킨 플라즈마를 이용하여 원하는 플라즈마 처리, 예를 들어, 에칭이나 CVD (Chemical Vapor Deposition) 등의 처리를 기판 (5) 에 실시하고 있다.

예를 들어, 기판 (5) 상에 Si_xN_y 막 (질화 규소막) 을 성막하는 경우에는, 원료 가스로서, 예를 들어 SiH₄ (실란) 등을 공급하고, 질화 가스로서, 예를 들어 NH₃ (암모니아), N₂ (질소) 등을 공급하고 플라즈마 프로세스를 실시하여, 원하는 막두께의 질화 규소막을 기판 (5) 상에 1 장마다 성막한다. 그리고, 통상적으로는 정기적으로 NF₃ (3 불화 질소) 를 이용하여 플라즈마 클리닝을 실시하고, 그 후 프로세스 안정화를 위해 기판으로의 성막시와 동조건으로 시즈닝을 실시하고 있다.

그런데, 상기 서술한 바와 같이, Si_xN_y 막은 막 자체의 응력이 크고, 또, 진공 챔버 (1) 에 대한 밀착성이 좋지 않으므로, 원하는 레벨까지 파티클을 저감시키는 것이 어려운 것이었다. 그래서, 본원의 발명자들은, 도 2 등에 나타내는 견지에 기초하여 파티클을 저감시키는 최적의 시즈닝 방법을 얻었다. 또한, 도 2 는 하기 프로세스 조건 P1 ∼ P8 에 있어서의 파티클의 추이를 나타내는 그래프이다. 또, 가로축은 프로세스를 실시한 기판 처리수이고, 프로세스를 실시한 기판으로부터 임의의 복수 장의 기판을 선택하여 파티클의 측정을 실시하였다.

처음으로, 진공 챔버 (1) 의 내벽에 퇴적되는 막을 α-Si 막 (아모르퍼스-실리콘막) 만으로 하고, 그 막두께를 0.28㎛ (P1), 0.55㎛ (P2), 0.83㎛ (P3), 1.1㎛ (P4), 1.65㎛ (P5) 로 바꾸어 파티클의 추이를 측정해 보았다. 도 2 의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, α-Si 막을 퇴적하는 막두께를 변화시켰을 경우, 퇴 적 막두께가 두꺼워짐에 따라 파티클이 감소되는 경향을 볼 수 있는데, 1.1㎛ (P4) 와 1.65㎛ (P5) 사이에서는 큰 차이는 없고, α-Si 막의 퇴적 막두께는 1.1㎛ 정도가 최적이었다.

그래서, P6 의 프로세스 조건에서는, 상기 결과에 입각하여, α-Si 막의 퇴적 막두께를 1.1㎛ 로 하고,α-Si 막 상에 Si_xN_y 막을 0.7㎛ 퇴적하여 파티클의 추이를 측정해 보았다. 이 경우, 도 2 의 그래프에 나타내는 바와 같이, 상기 P4, P5 의 경우와 큰 차이는 없었다.

다음으로, P7 의 프로세스 조건에서는, P6 에서의 결과에 입각하여, α-Si 막 상에 Si_xN_y 막을 퇴적할 때, N₂ 의 공급량을 소정 유량까지 점증시키고 Si_xN_y 막을 퇴적하여 파티클의 추이를 측정해 보았다. 이 경우, 도 2 의 그래프에 나타내는 바와 같이, 상기 P6 의 경우보다 파티클의 레벨이 저감되었다.

그리고, P8 의 프로세스 조건에서는, P7 에서의 결과에 입각하여, α-Si 막, Si_xN_y 막을 퇴적하는 시즈닝 처리가 종료된 후, 기판 (5) 에 대한 성막이 개시될 때까지, Ar 플라즈마를 유지하도록 하여 파티클의 추이를 측정해 보았다. 이 경우, 도 2 의 그래프에 나타내는 바와 같이, 상기 P7 의 경우보다 더욱 파티클의 레벨이 저감되어, 모든 측정에 있어서 파티클 수가 30 개 이하가 되었다. 또한, P1 ∼ P6 에서는 P7 과 상이하게, N₂ 플라즈마를 유지하도록 하고 있다.

여기에서, 상기 견지에 기초하여 얻어진 본 발명에 관련된 성막 장치의 시즈닝 방법을 도 3, 도 4 를 이용하여 설명한다.

처음으로, 진공 챔버 (1) 내의 플라즈마 클리닝을 실시한다. 이것은 정기적으로, 예를 들어 소정의 n 장 수마다 (n 은 1 이상의 자연수) 실시되는 것이다. 이 플라즈마 클리닝시에는 진공 챔버 (1) 내에 소정 유량의 NF₃, Ar (아르곤) 등으로 이루어지는 클리닝 가스를 공급하여 진공 챔버 (1) 내에 도입된 가스를 플라즈마 상태로 하고, 진공 챔버 (1) 의 내벽 등의 플라즈마 클리닝을 실시하여 진공 챔버 (1) 의 내벽 등에 부착된 막을 에칭하고 있다 (단계 S1).

다음으로, 진공 챔버 (1) 내에 소정 유량의 SiH₄ 를 공급하여 플라즈마 상태로 하고, 진공 챔버 (1) 의 내벽 등에 소정 막두께의 α-Si 막을 퇴적시켜 진공 챔버 (1) 의 내벽 등의 코팅을 실시한다 (단계 S2).

다음으로, N₂ 를 소정 유량까지 점증시키면서 공급하여 동일하게 플라즈마 상태로 하고, α-Si 막 상에 소정의 막두께의 Si_xN_y 막 (질화 규소막) 을 퇴적시켜 코팅을 실시하고 (단계 S3), 일련의 플라즈마 클리닝, 시즈닝 처리를 종료하였다.

상기 수단에 의해, 진공 챔버 (1) 의 내벽 등에는 α-Si 막, Si_xN_y 막이 순서대로 적층되게 되는데 (도 4(a) 참조), Si_xN_y 막의 퇴적시에는 N₂ 를 소정 유량까지 점증시키면서 공급하고 있으므로 (도 4(b) 의 그래프 참조), α-Si 막과 Si_xN_y 막 사이의 계면을 완만하게 형성하여 (명확한 계면이 형성되지 않은 상태로 하여), α-Si 막, Si_xN_y 막을 순서대로 적층하게 되어, 그 결과, 시즈닝한 Si_xN_y 막을 진공 챔버 (1) 의 내벽 등으로부터 잘 벗겨지지 않도록 할 수 있다.

이 때, Si_xN_y 막 중의 N/Si 의 조성비 (y/x) 는, 도 4(c) 의 그래프에 나타내는 바와 같이, 그 막두께 (T) 의 두께 방향으로 점증하는 것이 된다. 이 조성비의 두께 방향의 변화는 N₂ 의 공급 방법에 따라 변화시킬 수 있고, 예를 들어, 도 4(b) 의 실선의 그래프에 나타내는 바와 같이, 복수의 단계 (당초 완만하게 점증하고, 그 후, 보다 신속하게 점증하는 2 단계) 를 거쳐, N₂ 의 공급량을 소정 유량까지 점증시키는 경우에는, 도 4(c) 의 실선의 그래프에 나타내는 바와 같이, Si_xN_y 막 중의 N/Si 의 조성비도 동일한 프로파일이 된다. 또, 도 4(b) 의 점선의 그래프에 나타내는 바와 같이, N 의 공급량을 소정 유량까지 1 단계 (일정한 기울기) 로 점증시키는 경우에는, 도 4(c) 의 점선의 그래프에 나타내는 바와 같이, Si_xN_y 막 중의 N/Si 의 조성비도 동일한 프로파일이 된다.

상기 일련의 처리 후, 진공 챔버 (1) 내에 소정 유량의 Ar 을 공급하고, 진공 챔버 (1) 내에 도입된 Ar 을 플라즈마 상태로 하여, 진공 챔버 (1) 내에 Ar 플라즈마를 유지해둔다 (단계 S4). 그리고, Ar 플라즈마를 유지한 상태에서 진공 챔버 (1) 의 지지대 (4) 상에 기판 (5) 을 반송하여 탑재하고, 통상대로 기판 (5) 상으로의 질화 규소막의 성막을 실시한다. n 장 수의 기판 (5) 으로의 성막이 실시되면 다시 단계 S1 로 되돌아와, 일련의 플라즈마 클리닝, 시즈닝 처리를 재개한다 (단계 S5). 또한, 본 단계에 있어서는 Ar 대신에 다른 희가스를 사용해도 된다.

또한, 진공 챔버 (1) 내에 생성되는 플라즈마는, 상기 단계마다 그 생성을 정지 (전자파의 입사를 정지) 해도 되는데, 상기 일련의 단계, 구체적으로는 플라즈마 클리닝, 시즈닝 및 Ar 플라즈마 처리 사이에 플라즈마 상태를 계속 유지하도록 해도 된다.

본 발명에서는, 성막 장치의 시즈닝 방법 (일련의 플라즈마 클리닝, 시즈닝 처리 등) 을 상기 순서대로 실시함으로써, 쉽게 벗겨져 파티클이 되기 쉬운 질화 규소막의 물리적 성질을 변화시키고, 그 결과, 질화 규소막을 잘 벗겨지지 않게 하여 파티클의 발생량을 저감시켜, 프로세스를 안정화시키는 것이 가능해진다.

이것은 진공 챔버의 내벽 등에 α-Si 막을 통하여, 질소 함유량을 두께 방향으로 점증시킨 질화 규소막을 적층함으로써, 질화 규소막 자체의 응력이 완화됨과 함께 그 밀착성도 향상되어, 그 결과, 질화 규소막이 잘 벗겨지지 않도록 되었기 때문이라고 추측된다. 특히, N₂ 의 공급량을 처음에는 완만하게 점증시키고, 그 후, 보다 신속하게 점증시켜, α-Si 막과 질화 규소막 사이의 계면을 완만하게 형성하는 것이 보다 바람직한 것이라고 생각된다.

또, 기판 (5) 의 반송 중에 Ar 플라즈마를 유지해두는 것에 대해서는, 통상, 파티클이 플라즈마 중에서 부(負)로 대전되기 때문에, N₂ 플라즈마보다 플라즈마 전위가 보다 정(正)이 되는 Ar 플라즈마를 유지해둠으로써, Ar 플라즈마가 파티클를 더욱 많이 트랩하여, 그 결과, 파티클이 더욱 저감되었기 때문이라고 추측된다.

본 발명에 관련된 성막 장치의 시즈닝 방법은, 막 자체의 응력이 높고, 밀착성이 좋지 않은 질화 규소막에 바람직한 것인데, 질화 규소막과 동일한 성질을 갖는 다른 막에도 적용할 수 있다.

Claims (2)

1. 처리 용기 내에 수용하는 기판에 질화 규소막을 성막하는 성막 장치의 시즈닝 방법으로서,

   상기 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하고, 그 클리닝 가스를 플라즈마 상태로 하여, 상기 처리 용기의 내벽에 부착된 상기 질화 규소막을 에칭하고,

   상기 처리 용기 내에 규소계 가스를 공급하고, 그 규소계 가스를 플라즈마 상태로 하여, 상기 처리 용기의 내벽에 아모르퍼스-실리콘막을 퇴적하고,

   상기 처리 용기 내에 규소계 가스를 공급함과 함께 질소계 가스를 소정 유량까지 점증시켜 공급하고, 그 규소계 가스 및 그 질소계 가스를 플라즈마 상태로 하여, 상기 아모르퍼스-실리콘막 상에 질소 함유량을 두께 방향으로 점증시킨 질화 규소막을 퇴적하고,

   기판으로의 질화 규소막의 성막이 개시될 때까지 상기 처리 용기 내에 희가스를 공급하여, 그 희가스의 플라즈마 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 성막 장치의 시즈닝 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 아모르퍼스-실리콘막 상에 상기 질화 규소막을 퇴적할 때, 상기 질소계 가스를 소정 유량까지 처음에는 완만하게 점증시키고, 그 후 보다 신속하게 점증시켜 공급하는 것을 특징으로 하는 성막 장치의 시즈닝 방법.

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