KR101037392B1 - 낮은 유전율 및 높은 기계적 강도를 갖는 실리콘 함유절연막 형성 방법 - Google Patents

낮은 유전율 및 높은 기계적 강도를 갖는 실리콘 함유절연막 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 반도체 기판 상에 높은 기계적 강도를 갖는 실리콘 함유 절연막을 형성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실리콘 함유 절연막 형성 방법은, (a) 기판이 마련된 반응 챔버 내로, (i) 복수의 교차 결합가능기(cross-linkable group)를 포함하는 실리콘 함유 탄화수소 화합물을 포함하는 소스 가스, (ⅱ) 교차 결합 가스 및 (ⅲ) 불활성 가스를 포함하는 반응 가스를 인입하는 단계; (b) 상기 반응 챔버 내부에 플라즈마 반응 영역을 생성하도록 라디오주파수 전력을 인가하는 단계; 및 (c) 상기 반응 가스의 유량과 상기 라디오주파수 전력의 세기를 제어하는 단계를 포함한다.
경도, 기계적 강도, 절연막, 저유전율, 플라즈마

Description

낮은 유전율 및 높은 기계적 강도를 갖는 실리콘 함유 절연막 형성 방법{Method Of Forming Silicon-Containing Insulation Film Having Low Dielectric Constant and High Mechanical Strength}
본 발명의 다양한 측면은 첨부된 바람직한 실시예를 보여주는 도면을 참조하여 기술될 것이다. 그러나, 이는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 반드시 이에 한정되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 절연막 형성에 사용되는 플라즈마 CVD 장치를 보여주는 개략도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 O2의 유량을 변화시킬 때, 유전율과 경도 사이의 상관관계를 보여주는 그래프,
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 CO2의 유량을 변화시킬 때, 유전율과 경도 사이의 상관관계를 보여주는 그래프,
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 저주파 RF 전원의 전원 밀도를 변화시킬 때, 유전율과 경도 사이의 상관관계를 보여주는 그래프,
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 에틸렌 글리콜의 유량을 변화시킬 때, 유전율과 경도 사이의 상관관계를 보여주는 그래프,
도 6은 본 발명의 저주파 RF 전원(LF 전원) 없이, 실시예에 따라 에틸렌 글리콜의 유량을 변화시킬 때, 유전율과 경도 사이의 상관관계를 보여주는 그래프,
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 1,2-프로판디올의 유량을 변화시킬 때, 유전율과 경도 사이의 상관관계를 보여주는 그래프,
도 8은 본 발명의 LF 전원 없이, 실시예에 따라 1,2-프로판디올의 유량을 변화시킬 때, 유전율과 경도 사이의 상관관계를 보여주는 그래프,
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 에틸렌의 유량을 변화시킬 때, 유전율과 경도 사이의 상관관계를 보여주는 그래프,
도 10은 본 발명의 LF 전원 없이, 실시예에 따라 에틸렌의 유량을 변화시킬 때, 유전율과 경도 사이의 상관관계를 보여주는 그래프,
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 N2의 유량을 변화시킬 때, 유전율과 경도 사이의 상관관계를 보여주는 그래프,
도 12는 본 발명의 LF 전원 없이, 실시예에 따라 N2의 유량을 변화시킬 때, 유전율과 경도 사이의 상관관계를 보여주는 그래프,
도 13은 본 발명의 실시예에 따라 이소프로필 알코올의 유량을 변화시킬 때, 유전율과 경도/탄성계수 사이의 상관관계를 보여주는 그래프,
도 14는 본 발명의 LF 전원 없이, 실시예에 따라 이소프로필 알코올의 유량을 변화시킬 때, 유전율과 경도/탄성계수 사이의 상관관계를 보여주는 그래프,
도 15는 본 발명의 실시예에 따라 디에틸 에테르의 유량을 변화시킬 때, 유 전율과 경도/탄성계수 사이의 상관관계를 보여주는 그래프,
도 16는 본 발명의 LF 전원 없이, 실시예에 따라 디에틸 에테르의 유량을 변화시킬 때, 유전율과 경도/탄성계수 사이의 상관관계를 보여주는 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 플라즈마 CVD 장치 2 : 히터
3 : 서셉터 4 : 반도체 웨이퍼
5 : 반응가스 입구 포트 6 : 반응 챔버
7 : 제1고주파 전원 8 : 제2고주파 전원
9 : 샤워해드 10 : 배출구 포트
11 : 접지
본 발명은 일반적으로 반도체 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 플라즈마 CVD(chemical vapor deposition: 화학기상증착) 장치를 이용하여 높은 기계적 강도를 갖는 실리콘 함유 절연막을 반도체 기판 상에 형성하는 방법에 관한 것이다.
최근의 고속 및 고밀도에 대한 요구에 부응하기 위해 반도체가 계속 발전함에 따라, 복합층 배선 기술 분야에 있어서 신호 지연을 방지하기 위해 라인 사이의 기생용량의 감소가 요구되고 있다. 라인들 사이의 기생용량을 감소시키기 위해서는 다층 배선 절연막의 유전율(dielectric constant)이 감소되어야 하므로, 저유전율을 갖는 절연막들이 개발되어 왔다.
종래에, 규소산화물(SiOx)막은 SiH4 및 Si(OC2H5)4와 같은 실리콘 소스 가스에, 산화제인 산소(O2), 일산화질소(NO) 또는 아산화질소(N2O)를 첨가하고 상기 소스 가스에 열 또는 플라즈마 에너지를 인가함으로써 형성된다. 이 막의 유전율(ε)은 대략 4.0 정도였다.
이와 대조적으로, 무기질 규소 산화물 유리(silicon oxide glass: SOG) 물질을 이용하는 스핀코트(spin-coat) 방법을 이용하면, 약 2.3 정도의 유전율(ε) 을 갖는 저유전율 절연막이 형성되었다.
소스 가스로서 CxFyHz에 의한 플라즈마 CVD 방법을 이용함으로써, 약 2.0 내지 2.4의 유전율(ε)을 갖는 저유전율 불소화 비정질 탄소막(fluorinated amorphous carbon film)이 형성된다. 나아가, 소스 가스로서 실리콘 함유 탄화수소, 예를 들어, P-TMOS(phenyltrimethoxysilane: 페닐트리메톡시실란)을 사용하는 플라즈마 CVD를 이용하면,약 3.1 의 유전율을 갖는 저유전율 절연막이 형성된다. 또한, 소스 가스로서 복수의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소을 사용하여 플라즈마 CVD를 이용하면, 최적화된 막 형성 조건 하에서 약 2.5 의 유전율을 갖는 저유전율 절연막이 형성된다.
그러나, 상술한 종래의 방법들은 하기와 같은 문제점들을 갖고 있다.
스핀코트 방법에 의해 형성된 무기 SOG 절연막의 경우, 실리콘 기판 상에 물질의 특성 분포가 균일하지 못하고, 물질을 피복한 후에 거치는 경화 공정을 위해 사용되는 장치가 고가라는 문제점이 있다.
소스 가스로서 CxFyHz를 사용하는 플라즈마 CVD 방법에 의해 형성된 불소화 비정질 탄소막의 경우에 있어서는, 낮은 내열성(370℃ 이하), 실리콘 물질에의 낮은 부착력 및 형성된 막의 낮은 기계적 강도 등이 문제된다.
게다가, 실리콘 함유 탄화수소 중에서 P-TMOS를 이용하는 경우, P-TMOS가 3개의 알콕시기를 가지고 있기 때문에, 중합된 올리고머(oligomer)는 실록산 중합체와 같은 선형 구조를 형성하지 못한다. 결과적으로, 다공성 구조는 실리콘 기판 상에 형성되지 못하기 때문에, 소망하는 정도까지 유전율을 낮출 수 없게 된다.
2개의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소를 사용하는 경우, 중합된 올리고머는 막 형성 조건을 최적화함으로써 실록산 중합체와 같은 선형 구조를 형성할 수 있게 된다. 결국, 다공성 구조가 실리콘 기판 상에 형성될 수 있기 때문에, 소망하는 정도까지 유전율을 낮출 수 있게 된다. 그러나, 이러한 선형 구조를 갖는 올리고머는 올리고머간 결합력이 약해서 최종적으로 생성된 막의 기계적 강도가 낮다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 낮은 유전율 및 높은 기계적 강도를 갖는 절연막을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 장치 비용을 증가시키지 않으면서 낮은 유전율을 갖는 절연막을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라 저유전율을 갖는 절연막을 형성하는 방법에 있어서, 복수의 알콕시기 및/또는 비닐기와 같은 교차 결합가능기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소와, 교차 결합 가스와, 불활성 가스를 포함하는 반응 가스를 반응 챔버에 도입하는 단계와; 제1 라디오주파수 전력과 제2 라디오주파수 전력을 중복(overlay)하는 것에 의해 라디오주파수 전력을 인가하거나 또는 반응 챔버 내부에 플라즈마 반응 영역을 형성하는 제1 라디오주파수 전력만을 인가하는 단계와; 각 소스 가스의 유량 및 각 라디오주파수 전력의 세기를 최적화하는 단계를 포함하는 것에 의해 달성된다.
여기서, 소스 가스로는, 복수의 교차 결합가능기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소가 단독으로 또는 하나 이상의 교차 결합가능기를 갖는 다른 실리콘 함유 탄화수소 하나 이상과 조합되어 사용될 수 있다. 상기 교차 결합가능기는 알콕시기(alkoxy groups) 및/또는 비닐기(vinyl groups)일 수 있으나 반드시 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 알콕시기가 전혀 존재하지 않거나 하나의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소가 단독으로 사용되는 경우, 필요한 때 산소 공급 가스를 이용하여 산소가 공급된다면, 선형 실록산 올리고머가 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 경우에 있어서, 최종생성막의 기계적 강도를 증가시키기 위해 교차 결 합 가스를 이용하여 올리고머들을 교차 결합시키는 것은 어렵다. 알콕시가 존재하지 않거나 하나의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소는 2개 이상의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소보다 소량이 사용될 수 있다. 실시예에서, 소스 가스의 10% 이상(15%, 20%, 25%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% 및 100% 포함)은, 지배적으로 또는 상당량으로 선형 올리고머들을 형성하기 위해 2개의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소일 수 있다. 소스 가스로서의 복수 개의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소는 디메틸디메톡시실란(dimethyldimethoxysilane: DM-DMOS) 또는 1,3-디메톡시-테트라메틸디실록산(1,3-dimethoxy-tetramethyldisiloxane: DMOTMDS)과 같은 선형 화합물인 것이 바람직하다. 고리형 주구조(cyclic main structure), 예를 들어, -OCnH2n+1(n은 1-4인 정수)를 포함하는 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소는 선형 실리콘 함유 탄화수소보다 소량으로 사용될 수 있다. 소스 가스는 1,3-디비닐테트라메틸디실록산(1,3-divinyltetramethyldisiloxane)과 같은 비닐기를 갖는 화합물일 수 있으며, 알콕시기를 갖는 화합물과 유사하게, 상기 화합물은 올리고머들을 형성할 수 있다.
교차 결합 가스로는(교차 결합자: "cross-linker"), CO2, 에틸렌 글리콜 (ethylene glycol), 1,2-프로판디올(1,2-propanediol), 이소프로필 알코올 (isopropyl alcohol: IPA), 에틸렌(ethylene), N2 또는 디에틸 에테르( diethyl ether)와 같이, 실리콘 함유 탄화수소의 올리고머들을 교차 결합시킬 수 있는 반응 가스로 적절하다면 무엇이든지 사용될 수 있다. 예를 들어, 적절한 알코올, 에테르 및/또는 불포화 탄화수소가 사용될 수 있는데, 여기서 상기 알코올은, C1-6 알칸올 및 C4-12 시클로알칸올로 구성된 군 중에서 선택되는 것을 포함하고, 상기 불포화 탄화수소는 C1-6 불포화 탄화수소, C4-12 방향족 탄화수소 불포화 화합물 및 C4-12 지방족고리 탄화수소 불포화 화합물로 구성된 군 중에서 선택되는 것을 포함한다. 여기서, C 원소의 수가 보다 큰 화합물들도 포함될 수 있는데, 예를 들어, 1,4-시클로헥산 디올(1,4-cyclohexane diol(끓는점 150℃/20㎜)), 1,2,4-트리비닐시클로헥산 (1,2,4-trivinylcyclohexane(끓는점 85-88℃/20㎜)), 1,4-시클로헥산 디메탄올 (1,4-cyclohexane dimethanol(끓는점 283℃)) 및 1,3-시클로펜탄 디올(1,3-cyclopentane diol(끓는점 80-85℃/0.1Torr)) 등이 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 나아가, 복수의 반응기('혼합된' 기능기, 즉, 불포화 탄화수소 및 알코올 기능기)를 갖는 화합물들도 교차 결합자로 사용될 수 있는데, 예를 들어, 에틸렌 글리콜 비닐 에테르(ethylene glycol vinyl ether: H2C=CHOCH2OH(끓는점 143℃)), 에틸렌 글리콜 디비닐 에테르(ethylene glycol divinyl ether: H2C=CHOCH2CH2OCH=CH2(끓는점 125-127℃)) 및 1,4-시클로헥산 디메탄올 디비닐 에테르(1,4-cyclohexane dimethanol divinyl ether: (H2C=C(OH)-CH2)2-(CH2 )6(끓는점 126℃/14㎜))와 같은 C3-20 에테르와; 1-비닐시클로헥산올(1-vinylcyclohexanol (끓는점 74℃/19㎜))과 같은 C5-12 시클로알칸올 비닐 화합물을 포함하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 사용가능한 반응 가스는 상기에서 언급한 것에 한정되는 것은 아니고, 하기에서 설명될 것이다. 상기 불활성 가스로는 Ar, Ne 및/또는 He를 사용할 수 있다. 나아가, 상기 실리콘 함유 탄화수소에 충분한 산소 원자가 존재하지 않는다면, 소스 가스에 산소 공급을 위해 O2, NO, O3, H20 또는 N2 O가 산소 공급 가스로서 포함될 수 있다.
실시예에서, 고주파 RF 전원과 저주파 RF 전원을 중복시킴으로써, 올리고머들의 교차 결합은 효과적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 2㎒ 이상의 주파수를 갖는 고주파 RF 전원과 2㎒ 이하의 주파수를 갖는 저주파 RF 전원을 조합하여 사용할 수 있다. 저주파 RF 전원은 0.5W/㎠ 이하(0.2, 0.1, 0.075, 0.05, 0.025W/㎠ 그리고 이들 중 임의의 두 값을 포함하는 범위를 포함)와 같은 저전원 레벨에서조차도 효과적이다. 이와 대조적으로, 고주파 RF 전원은 1.5W/㎠ 이상(2.0, 2.25, 2.5, 2.75, 3.0, 3.25, 3.5W/㎠ 그리고 이들 중 임의의 두 값을 포함하는 범위를 포함)과 같은 고전원 레벨에서 적용된다. 이러한 고전원 레벨은 최종생성 절연막의 기계적 강도 및 증착율을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 낮은 유전율 및 높은 기계적 강도를 갖는 실리콘 함유 절연막은, 교차 결합 가스를 이용하고, 각 가스의 유량 및 라디오주파수 전력 소스의 전원 세기를 최적화함으로써 효과적으로 형성될 수 있다. 실시예에서, 저유전율은 각각 2개 이상의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소의 잔류물(residues)을 포함하는 올리고머(예를 들어, 실록산 중합체)의 형성에 의해 달성되고, 높은 기계적 강도는 저유전율을 유지하는 동안 올리고머들의 교차 결합에 의해 달성된다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 저유전율을 갖는 절연막은 장치 비용의 증가없이 용이하게 형성될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기에서 기술한 양상들을 갖는 동시에, 반도체 기판 상에 형성된 절연막의 기계적 강도를 증가시키는 방법을 도출하고 있다. 실시예에서, 절연막은 예를 들어, 소스 가스의 종류, 교차 결합 가스의 종류 및 RF 전원의 세기에 따라, 2.8 이하(2.7, 2.6, 2.5, 2.4, 2.3, 2.2, 2.1, 2.0 그리고 이들 중 임의의 두 값을 포함하는 범위를 포함)의 유전율과, 1.0㎬ 이상(1.25, 1.5, 1.75, 2.0, 2.25, 2.5, 2.75, 3.0 그리고 이들 중 임의의 두 값을 포함하는 범위를 포함)의 경도(hardness), 즉 기계적 강도(mechanical strength)를 가진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 실리콘 함유 절연막은 기판 상에 형성될 수 있는데, 상기 막은 상기에서 언급한 방법에 의해 획득될 수 있는 플라즈마 중합 생성물이다. 상기 플라즈마 중합 생성물은 C1-6 알칸올, C1-6 에테르, C1-6 불포화 탄화수소, CO2 및 N2로 구성된 군 중에서 선택된 교차 결합제를 이용하여 복수의 알콕시기를 갖는 각 실리콘 함유 탄화수소 화합물이 교차 결합되어 있는 구조를 가진다. 상기 플라즈마 중합 생성물은 예를 들어, 소스 가스의 종류, 교차 결합 가스의 종류 및 플라즈마 중합 조건에 따라, 2.5㎬ 이상의 경도와 2.8 이하의 유전율을 가지게 되거나, 또는 1.0㎬ 이상의 경도와 5.0㎬ 이상의 탄성계수(elastic modulus) 및 2.5 이하의 유전율을 가지게 된다. 본 발명에서, 중합은 올리고머화를 포함하고, 올리고머는 (M)n (M은 조성물 단위, n은 5-30, 10-20의 범위를 포함하는 2-50인 정 수)의 구조를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 플라즈마 반응에 의해 기판 상에 실리콘 함유 절연막을 형성하는 방법은, (a) (ⅰ) 복수의 교차 결합가능기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소를 포함하는 소스 가스와, (ⅱ) 교차 결합 가스와, (ⅲ) 불활성 가스를 포함하는 반응 가스를 기판이 마련된 반응 챔버로 인입하는 단계와; (b) 상기 반응 챔버 내부에 플라즈마 반응 영역을 생성하도록 라디오주파수 전력을 인가하는 단계와; (c) 상기 반응 가스의 유량과 상기 라디오주파수 전력의 세기를 제어하는 단계를 포함한다. 실시예에서, 플라즈마 반응에 의해 기판 상에 실리콘 함유 절연막을 형성하는 방법은, (a) (ⅰ) 복수의 알콕시기를 포함하는 적어도 하나의 실리콘 함유 탄화수소를 포함하는 소스 가스와, (ⅱ) C1-6 알칸올, C1-6 에테르, C1-6 불포화 탄화수소, C02 및 N2로 구성된 군 중에서 선택되는 교차 결합 가스와, (ⅲ) 불활성 가스를 포함하는 반응 가스를 기판이 마련된 반응 챔버로 인입하는 단계와; (b) 상기 반응 챔버 내부에 플라즈마 반응 영역을 생성하도록 라디오주파수 전력을 인가하는 단계와; (c) 상기 반응 가스의 유량과 상기 라디오주파수 전력의 세기를 제어하는 단계를 포함한다.
상기에서 기술된 바와 같이, 본 발명은 다양한 실시예를 포함하고 있다. 예를 들어, 라디오주파수 전력은 고주파 전원과 저주파 전원의 조합일 수 있다. 나아가, 고주파 전원은 2㎒ 이상의 주파수(5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70㎒ 그리고 이들 중 임의의 두 값을 포함하는 범위를 포함)를 가질 수 있고, 저주파 전원은 2㎒ 이하의 주파수(1㎒, 800, 600, 400, 200, 100㎑ 그리고 이들 중 임의의 두 값을 포함하는 범위를 포함)를 가질 수 있다. 또는, 라디오주파수 전력은 단일의 주파수 전원일 수 있다. 라디오주파수 전력의 세기는 1.5W/㎠ 이상일 수 있는데, 저주파 RF 전원과 중복시킬 경우, 고주파 전원의 세기는 1.5W/㎠ 이상이고, 저주파 전원은 0.01W/㎠ 이상일 수 있다. 2개 이상의 전원 주파수를 중복시킬 수도 있다. 예를 들어, 고주파 전원(예, 20-30㎒), 중간주파 전원(예, 1-5㎒) 그리고 저주파 전원(예, 200-800㎑)을 중복시킬 수 있다.
상기 소스 가스는 화학식 SiαOα-1R2α-β+2(OCnH2n+1 )β(여기서, α는 1-3인 정수, β는 2 또는 3, n은 1-3인 정수, R은 Si에 결합되고 C1-12 탄화수소, C1-12 불화탄화수소(fluorohydrocarbon), C1-12 과불화탄소(perfluorocarbon), H, D, F, Cl, Br 그리고 I로 구성된 군 중에서 선택됨)을 갖는 화합물일 수 있다. 실시예에서, R은 C1-6 탄화수소일 수 있다. 상기 소스 가스는 상기 화학식에 의해 기술된 화합물 중 하나 이상의 혼합으로 구성될 수 있다. 실시예에서, α는 1 또는2 이고, β는 2이다. 이러한 종류의 소스 가스는 U.S. 특허 제6,352,945호, U.S. 특허 제6,383,955호 그리고 U.S. 특허 제6,432,846호에 개시되어 있는데, 상기 문헌들은 여기에 온전하게 참조로서 결합된다. 실시예에서, 소스 가스는 디메틸 디메톡시실란(DM-DMOS), 1,3-디메톡시테트라메틸디실록산(DMOTMDS) 또는 페닐메틸 디메톡시실란(PM-DMOS)일 수 있다. 다른 종류의 소스 가스들이 혼합되어 사용되거나 하나의 소스 가스 단독으로 사용될 수 있다. 상기에서 열거된 소스들에 대해 유용한 첨가제가 될 수 있는 첨가 분자로는 1,3-디비닐 테트라메틸실란(DVTMS, [CH2=CH2Si(CH3)2] 20)이 있다. 이러한 불포화 탄화수소를 갖는 실리콘 함유 화합물은 교차 결합 분자를 활성화시킴으로써, 기계적 강도를 향상시키는 데 유용할 수 있다.
상기 반응 가스의 유량 및 상기 RF 전원의 세기는 소스 가스의 종류 등에 따라 1.0㎬ 이상, 또는 2.5㎬ 이상의 경도(기계적 강도)를 갖는 절연막을 형성하기 위해 제어된다.
상기 불활성 가스는 Ar, Ne 및 He을 포함하여, 불활성 가스면 무엇이든지 될 수 있다. 나아가, 상기 반응 가스는 산소 공급 가스를 포함할 수 있다. 산소 공급 가스는 O2, NO, O3, H2O 및 N2O를 포함하여, 산소를 공급하는데 적합한 가스면 무엇이든지 무방하다. 실시예에서, 산소 공급 가스는 소스 가스보다 낮은 유량으로 공급될 수 있다. 불활성 가스는 소스 가스의 15-300%(실시예에서는 50% 이상)의 유량으로 공급될 수 있다.
실시예에서, 상기 교차 결합 가스는 에틸렌 글리콜, 1,2-프로판디올 그리고 이소프로필 알코올과 같은 C2-4 알칸올일 수 있다. 다른 실시예에서, 교차 결합 가스는 디에틸 에테르와 같은 C2-4 에테르일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 교차 결합 가스는 C2H4, C3H4, C3H6, C4H 8, C3H5(CH3) 그리고 C3H4(CH3 )2와 같은 C2-4 불포화 탄화수소 일 수 있다. C4-12 방향족 탄화수소 및 C4-12 지방족고리 탄화수소와 같이 C 원소의 수가 많은 구조를 갖는 화합물들 역시 반응기를 가지고 있다면, 교차 결합자로 사용될 수 있다. 이러한 화합물에는, 1,4-시클로헥산 디올(끓는점 150℃/20㎜), 1,4-시클로헥산 디메탄올(끓는점 283℃) 및 1,3-시클로펜탄 디올(80-85℃/0.1Torr)과 같은 C4-12 시클로알칸올과; 1,2,4-트리비닐시클로헥산(끓는점 85-88℃/20㎜)과 같은 C4-12 지방족고리 탄화수소 불포화 화합물이 포함될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
나아가, 복수의 반응기(혼합된 기능기, 즉, 불포화 탄화수소 및 알코올 기능기) 를 갖는 화합물 역시 교차 결합자로 사용될 수 있다. 이러한 화합물에는, 에틸렌 글리콜 비닐 에테르(ethylene glycol vinyl ether: H2C=CHOCH2OH(끓는점 143℃)), 에틸렌 글리콜 디비닐 에테르(ethylene glycol divinyl ether: H2C=CHOCH2CH2OCH=CH2(끓는점 125-127℃)) 및 1,4-시클로헥산 디메탄올 디비닐 에테르(1,4-cyclohexane dimethanol divinyl ether: (H2C=C(OH)-CH2)2-(CH2 )6(끓는점 126℃/14㎜))와 같은 C3-20 에테르와; 1-비닐시클로헥산올(1-vinylcyclohexanol (끓는점 74℃/19㎜))과 같은 C5-12 시클로알칸올 비닐 화합물이 포함될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기에서 확인된 고분자 질량형 소스들은 고리형 화합물과 조합되어 소망하는 교차 결합 리간드를 형성할 수 있다. 이로 인하여, 유전율을 희생하지 않고도 경도(예: 기계적 강도)에 있어서 소망하는 향상을 달성할 수 있게 되는데, 이는 상기 화합물들이 선형 실록산 사슬과 교차 결합될 수 있을 뿐 아니라, 다른 종류의 소스들보다 크게 막의 밀도를 감소시킬 수 있기 때문이다.
상기 교차 결합 가스는 단독으로 또는 상기에서 언급된 것들을 조합하여 사용될 수 있다. 상기 교차 결합 가스는 상기 소스 가스의 화합물의 올리고머들을 교차 결합시키는 데 유효한 유량으로 제공될 수 있는데, 이렇게 함으로써, 기판 상에 형성된 절연막의 기계적 강도는 증가하게 된다. 상기 교차 결합 가스의 유량은 소스 가스의 종류 등에 따라서, 소스 가스의 20-500%일 수 있다.
실시예에서, 반응 가스는 반응 챔버의 상류에서 활성화된다. 이 실시예에서, 반응 가스는 반응장치의 상류에 설치된 원격 플라즈마 챔버 내에서 활성화되고, 막은 반응 장치 내에서 기판 상에 증착된다. 상기 소스 가스와 첨가 가스(교차 결합 가스 및/또는 불활성 가스)는 원격 플라즈마 챔버 내로 인입될 수 있다. 이 경우에 있어서, 반응 영역은 원격 플라즈마 챔버의 내부와, 반응장치의 내부와, 원격 플라즈마 챔버와 반응 장치의 연결 파이핑의 내부를 포함한다. 원격 플라즈마 챔버의 내부를 사용함으로써, 반응장치의 내부는 상당량 감소되어, 상부 전극과 하부 전극 사이의 간격을 줄일 수 있게 된다. 이것은 반응장치의 크기를 줄이는 동시에, 기판 표면에 적용되는 플라즈마를 균일하게 제어할 수 있게 한다. 본 발명에는, 적절한 원격 플라즈마 챔버 및 적절한 작동 조건은 무엇이든지 사용될 수 있다. 예를 들어, 2000년 2월 24일자로 출원된 U.S. 특허출원 제09/511,934호, 2001년 1월 18일자로 출원된 U.S 특허출원 제09/764,523호, U.S.특허 제5,788,778호 및 U.S.특허 제5,788,799호에 개시되어 있는 장치 및 조건들을 사용할 수 있다. 상기 각 문헌에 서 개시하고 있는 것은 온전히 참조로서 여기에 반영된다.
또한, 반응 가스의 활성화는 상기 첨가 가스의 활성화와, 활성화된 첨가 가스와 상기 소스 가스의 접촉으로 구성된다. 상기 반응 가스의 활성화는 반응장치의 내부 또는 반응장치의 상류에서 달성될 수 있다. 상기에서 기술한 바와 같이, 상기 소스 가스와 상기 첨가 가스 양자는 원격 플라즈마 챔버 내에서 활성화될 수 있다. 또는, 반응 가스의 활성화는 원격 플라즈마 챔버 내의 첨가 가스의 활성화와, 활성화된 첨가 가스와 소스 가스의 원격 플라즈마 챔버 하류에서의 혼합으로 달성될 수 있다. 또는, 반응 가스는 반응장치의 상류에 설치된 예비가열 챔버(pre-heat chamber) 내에서 가열되어, 반응장치 내에서 활성화되고, 상기 반응장치 내의 기판 상에 막으로 증착될 수 있다. 상기 소스 가스와 상기 첨가 가스는 예비가열 챔버 내로 인입될 수 있다. 이 경우에 있어서, 반응 영역은 상기 예비가열 챔버 내부와, 반응장치의 내부와, 상기 예비가열 챔버와 상기 반응장치를 연결하는 파이핑의 내부로 구성된다. 상기 예비가열 챔버의 내부를 이용하기 때문에, 반응장치의 내부는 상당량 감소할 것이고, 이로 인해, 상부 전극과 하부 전극 사이의 간격은 줄어들 수 있게 된다. 이는 반응 장치의 크기를 작게 할 뿐 아니라, 기판 표면의 플라즈마를 균일하게 제어할 수 있게 한다. 어떠한 적절한 원격 플라즈마 챔버 및 수행 조건도 본 발명에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기의 참조에서 개시하고 있는 장치 및 조건들이 이용가능하다.
나아가, 반응 가스의 활성화는 첨가 가스의 활성화와, 활성화된 첨가 가스와 소스 가스의 접촉으로 구성된다. 본 실시예에서, 상기 첨가 가스는 원격 플라즈마 챔버 내에서 활성화될 수 있고, 상기 소스 가스는 활성화된 상기 첨가 가스와 상기 소스 가스가 접촉하게 되는 예비가열 챔버 내에서 가열될 수 있다. 이 후, 반응 가스는 막이 증착되는 반응장치 내로 유입되게 된다. 원격 플라즈마 챔버의 표면 상에 원하지 않는 입자들의 증착은, 점화 또는 발화 오류를 야기시킬 수 있는데, 본 발명에서는, 원격 플라즈마 챔버 내에 단지 첨가 가스만이 존재하기 때문에, 이러한 입자들의 증착을 효과적으로 방지할 수 있게 된다. 소스 가스는 원격 플라즈마 챔버 하류에서 활성화된 첨가 가스와 혼합된다.
다른 실시예에서, 막 증착의 보다 나은 안정성을 위해 고 및/또는 저주파수 방사 펄스 플라즈마의 사용과 같은 다른 플라즈마 조건들이 채용될 수 있다. 예를 들어, 10-100ms의 주기와 10-90%의 듀티(duty: 방사주기/(방사주기 + 비방사주기))가 바람직할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판 상에 형성된 실리콘 함유 절연막의 기계적 강도를 증가시키기 위해, (a) 복수의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소 화합물을 포함하는 소스 가스 내로 C1-6 알칸올, C1-6 에테르, C1-6 불포화 탄화수소, C02 및 N2로 구성된 군 중에서 선택되는 교차 결합 가스와 불활성 가스를 혼합하는 단계와; (b) 반응 가스인 상기 혼합 가스를 기판이 마련된 반응 챔버로 인입하는 단계와; (c) 상기 반응 챔버 내부에 플라즈마 반응 영역을 생성하도록 라디오주파수 전력을 인가하는 단계와; (d) 상기 반응 가스의 유량과 상기 라디오주파수 전력의 세기를 제어하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 상기 기술된 특징들은 이 측면에 적용될 수 있다.
본 발명에 있어서 올리고머를 형성하기 위해, 반응 가스의 체류 시간은 U.S. 특허 제6,352,945호, U.S. 특허 제6,383,955호 및 U.S. 특허 제6,432,846호에 개시된 바와 같이 제어될 수 있는데, 상기의 문헌들은 온전히 여기에 참조로서 반영된다.
상기 반응 가스의 유량은 RF 전원의 세기, 반응을 위해 선택된 압력 및 소스 가스와 교차 결합 가스의 종류에 기초하여 결정된다. 상기 반응 압력은 안정된 플라즈마를 유지하기 위해, 보통 1-10Torr, 바람직하게는 3-7Torr의 범위 내에 있다. 이 반응 압력은 반응 가스의 체류 시간을 연장시키기 위해 상대적으로 높다. 반응 가스의 총유량은 최종생성막의 상대적 유전율을 감소시키는 데 중요한 요소이다. 일반적으로, 체류 시간이 길어질수록, 상대적 유전율은 낮아지는 경향이 있다. 막 형성에 필요한 소스 가스의 유량은 소망하는 증착률 및 막이 형성될 기판의 면적에 따라 다르다. 예를 들어, 반지름 100㎜의 기판 상에 증착율 300㎚/min로 막을 형성하기 위해서는, 적어도 50sccm의 소스 가스(바람직하게는 100-500sccm, 150, 200, 250sccm을 포함)가 반응 가스 내에 포함될 것이 예상된다.
기체 상태(vapor phase)에서의 반응을 제어하기 위해서는, 반응 챔버에 불활성 가스를 소량 첨가하는 것이 효과적이다. 헬륨(He) 및 아르곤(Ar)은 불활성 가스이고 각각 24.56eV 및 15.76eV의 다른 제1 이온화 에너지를 가지고 있다. 그러므로, He 또는 Ar을 단독으로 또는 미리 정해진 양으로 조합하여 첨가함으로써, 기체 상태에서 재료 가스의 반응을 제어할 수 있다. 나아가, 네온(Ne)도 동일한 목적으 로 사용될 수 있다. 재료 가스의 분자들은 기체 상태에서 중합을 일으켜, 올리고머를 형성하게 된다. 올리고머는 O:Si가 1:1의 비율을 갖는 것으로 예상된다. 그러나, 올리고머가 기판 상에 막을 형성할 때에는, 중합이 더 일어나, 산소 비율이 높아지게 된다. 상기 비율은 상대적 유전율 또는 기판 상에 형성된 막의 다른 특성들에 의해 달라지게 되게 된다. 상기와 같은 이유 및 반응 효율 면에 있어서, 산소는 반응 가스 내의 Si/O 비율을 제어하기 위해 제공된다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 저유전율을 갖는 절연막을 형성하는 방법에 사용되는 플라즈마 CVD 장치의 개략도이다. 플라즈마 CVD 장치(1)은 반응 챔버(6)를 포함한다. 반도체 웨이퍼(4)가 배치되는 서셉터(susceptor)(3)는 반응 챔버(6) 내부에 마련된다. 서셉터(3)는 히터(2)에 의해 지지된다. 히터(2)는 반도체 웨이퍼(4)가 소정의 온도(예를 들어, 350-450℃)를 유지하게 한다. 서셉터(3)는 또한 플라즈마를 생성하는 전극들 중 하나로 사용되고, 반응 챔버(6)를 통해 접지(11)된다. 반응 챔버(6) 내부의 천장 부분에는, 샤워해드(showerhead)(9)가 서셉터(3)와 대향하여 평행하게 배치된다. 샤워해드(9)는 하부에 다수의 미세한 구멍(fine holes)을 가지고 있다. 상기 미세한 구멍들을 통해, 하기에서 기술될 반응 가스(소스 가스, 교차 결합 가스, 불활성 가스 그리고 다른 첨가 가스가 있다면 이들을 포함)가 반도체 웨이퍼(4) 방면으로 균일하게 방출된다. 상기 소스 가스, 상기 교차 결합 가스 그리고 상기 불활성 가스는 다른 라인(미도시)들을 통해 개별적으로 반응 챔버로 제공될 수 있다. 샤워해드(9)의 중앙에는 반응 가스 입구 포트(5)가 마련되어 있고, 반응 가스는 가스 라인(미도시)를 통해 샤워해드(9)로 도입되게 된다. 가스 입구 포트(5)는 전기적으로 반응 챔버(6)로부터 절연되어 있다. 샤워해드(9)는 또한 플라즈마를 생성하는 나머지 한 전극으로 사용되는데, 외부에 설치된 제1 라디오주파수 전력 소스와 제2 라디오주파수 전력 소스에 연결되어 있다. 이러한 구조로 인해, 플라즈마 반응 영역은 반도체 웨이퍼(4) 주변에 생성된다. 반응 챔버(6) 하부에는, 배출구 포트(10)가 마련되어, 외부의 진공 펌프(미도시)와 연결되어 있다.
본 발명의 실시예에 따라 저유전율을 갖는 절연막을 형성하는 방법은 하기에서 기술된다. 제1 소스 가스, 제2 소스 가스(교차 결합 가스 및 선택적으로 산소 공급 가스) 및 첨가 가스(불활성 가스)를 포함하는 반응 가스를 반응 가스 입구 포트(5)를 통해 샤워해드(9)로 도입하는 단계를 포함한다. 상기 제1 소스 가스는 복수의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소이고, 디메틸-디메톡시실란(DM-DMOS) 또는 1,3-디메톡시테트라메틸디실록산(DMOTMDS)인 것이 바람직하다. 상기 제2 소스 가스는 CO2; 에틸렌 글리콜, 1,2 프로판디올 및 이소프로필 알코올(IPA)과 같은 알코올; 적어도 하나의 불포화 결합을 갖는 에틸렌과 같은 탄화수소; N2 또는 디에틸 에테르이다. Si/O 비율의 조절이 요구되는 경우, O2, O3, NO, H2O 또는 N2O가 제2 소스 가스로서 더 첨가될 수 있다. 상기 첨가 가스는 Ar, Ne 및/또는 He과 같은 불활성 가스이다.
독자적인(ramped) 또는 다른 종류의 가스 흐름 및/또는 상기 가스들을 독립 적으로 대체 조합시키는 것은 표면들, 특히 막의 초기 경계면과 최종 상부면에 등급화된 및/또는 다른 구조들을 생성하는 데 유용하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따라 저유전율을 갖는 절연막을 형성하는 방법은, 제1 라디오주파수 전력과 제2 라디오주파수 전력을 중첩(overlap)시킴으로써 라디오주파수 전력을 인가하는 단계 또는, 샤워해드(9)에 제1 라디오주파수 전력만 단독으로 라디오주파수 전력을 인가하는 단계를 포함한다. 상기 제1 라디오주파수 전력 소스(7)의 주파수는 2㎒ 이상인 것이 바람직하다. 상기 제2 라디오주파수 전력 소스(8)의 주파수는 2㎒ 이하인 것이 바람직하다. 샤워해드(9)에 라디오주파수 전력을 적용함으로써, 플라즈마 반응 영역은 반도체 웨이퍼(4) 주변에 형성된다. 반응 가스 입구 포트(5)를 통해 도입된 반응 가스는 플라즈마로 활성화되고, 소망하는 절연막으로 반도체 웨이퍼 상에 형성된다.
본 발명의 실시예에 따른 방법에 있어서, 제2 소스 가스로서 에틸렌 글리콜, 1,2 프로판디올 및 이소프로필 알코올(IPA)과 같은 알코올; 적어도 하나의 불포화 결합을 갖는 에틸렌과 같은 탄화수소; N2 또는 디에틸 에테르와 같은 에테르를 인입함으로써, 선형 올리고머들이 서로 결합되어, 막의 기계적 강도는 향상되고 저유전율은 유지되게 된다. 또한, 상기 제1 라디오주파수 전력과 상기 제2 라디오주파수 전력을 중복시킴으로써, 막의 기계적 강도는 한층 향상될 수 있다.
나아가, 본 발명의 실시예에 따라 저유전율을 갖는 절연막을 형성하는 방법은, 상기 각 가스들의 유량과 상기 제1 및 제2 라디오주파수 전력 소스들의 출력을 최적화하는 단계를 포함한다. 출력의 최적화에 대한 예들은 하기에서 기술된 바와 같이 수행되었다. 이러한 예들에 있어서, 제1 라디오주파수 전력 소스(7)의 주파수는 27.12㎒였다. 제2 라디오주파수 전력 소스(8)는 400㎑에 고정되어 있었다. 이 외의 주파수들도 사용가능하다.
하기 예들에 있어서, 각 가스들의 유량 및 제1 및 제2 라디오주파수 전력 소스의 출력을 최적화함으로써, DM-DMOS(디메틸-디메톡시실란)이 제1 소스로 사용되는 경우 유전율 2.8 이하 및 막 경도 2.5㎬ 이상을 갖는 절연막을 형성시킬 수 있고, DMOTMDS(1,3-디메톡시테트라메틸디실록산)이 제1 소스로 사용되는 경우 유전율 2.5 이하, 막 경도 1.0㎬ 이상 및 탄성계수 5.0㎬ 이상을 갖는 절연막을 형성시킬 수 있다.
예들
본 발명에 따라 저유전율을 갖는 절연막을 형성하는 방법에 있어서, 각 가스들의 유량 및 각 라디오주파수 전력 소스들의 출력을 최적화하는 예들은 다음과 같이 수행되었다.
<예 1>
도 1에 도시된 플라즈마 CVD 장치를 이용하여, ø300㎜ 실리콘 기판 상에 절연막을 형성하는 예가 수행되었다.
실험 조건:
제1 가스: DM-DMOS(디메틸-디메톡시실란) 200sccm
제2 가스: CO2 500sccm
O2 0-200sccm
첨가 가스: He 400sccm
제1 라디오주파수 전력 소스: 27.12㎒ 2.8W/㎠
제2 라디오주파수 전력 소스: 400㎑ 0.1W/㎠
도 2는 상기에서 언급한 실험 조건 하에서 O2의 유량을 0부터 200sccm까지 변화시킬 때 유전율과 막 경도 사이의 상관관계를 보여주는 그래프이다. 그래프는 상기 언급한 실험 조건 하에서 유전율 2.8 이하 및 막 경도 2.5㎬ 이상을 갖는 절연막을 형성하는 최적화된 O2 유량이 50-150sccm임을 보여준다.
<예 2>
도 1에 도시된 플라즈마 CVD 장치를 이용하여, ø300㎜ 실리콘 기판 상에 절연막을 형성하는 예가 수행되었다.
실험 조건:
제1 가스: DM-DMOS(디메틸-디메톡시실란) 200sccm
제2 가스: CO2 0-1000sccm
O2 100sccm
첨가 가스: He 400sccm
제1 라디오주파수 전력 소스: 27.12㎒ 2.8W/㎠
제2 라디오주파수 전력 소스: 400㎑ 0.1W/㎠
도 3은 상기에서 언급한 실험 조건 하에서 CO2의 유량을 0부터 1000sccm까지 변화시킬 때 유전율과 막 경도 사이의 상관관계를 보여주는 그래프이다. 그래프는 상기 언급한 실험 조건 하에서 유전율 2.8 이하 및 막 경도 2.5㎬ 이상을 갖는 절연막을 형성하는 최적화된 CO2 유량이 100-900sccm임을 보여준다.
<예 3>
도 1에 도시된 플라즈마 CVD 장치를 이용하여, ø300㎜ 실리콘 기판 상에 절연막을 형성하는 예가 수행되었다.
실험 조건:
제1 가스: DM-DMOS(디메틸-디메톡시실란) 200sccm
제2 가스: CO2 500sccm
O2 100sccm
첨가 가스: He 400sccm
제1 라디오주파수 전력 소스: 27.12㎒ 2.8W/㎠
제2 라디오주파수 전력 소스: 400㎑ 0-0.5W/㎠
도 4는 상기에서 언급한 실험 조건 하에서 제2 라디오주파수 전력 소스의 전원 밀도를 0부터 0.5W/㎠까지 변화시킬 때 유전율과 막 경도 사이의 상관관계를 보여주는 그래프이다. 그래프는 상기 언급한 실험 조건 하에서 유전율 2.8 이하 및 막 경도 2.5㎬ 이상을 갖는 절연막을 형성하는 최적화된 제2 라디오주파수 전력 소스의 전원 밀도가 0.025-0.4W/㎠임을 보여준다.
<예 4>
도 1에 도시된 플라즈마 CVD 장치를 이용하여, ø300㎜ 실리콘 기판 상에 절연막을 형성하는 예가 수행되었다.
실험 조건:
제1 가스: DM-DMOS(디메틸-디메톡시실란) 200sccm
제2 가스: OH-CH2-CH2-OH(에틸렌 글리콜) 0-200sccm
첨가 가스: He 400sccm
제1 라디오주파수 전력 소스: 27.12㎒ 2.5W/㎠
제2 라디오주파수 전력 소스: 400㎑ 0.1W/㎠
도 5는 상기에서 언급한 실험 조건 하에서 에틸렌 글리콜의 유량을 0부터 200sccm까지 변화시킬 때 유전율과 막 경도 사이의 상관관계를 보여주는 그래프이다. 그래프는 상기 언급한 실험 조건 하에서 유전율 2.8 이하 및 막 경도 2.5㎬ 이상을 갖는 절연막을 형성하는 최적화된 에틸렌 글리콜 유량이 50-100sccm임을 보여준다.
<예 5>
도 1에 도시된 플라즈마 CVD 장치를 이용하여, ø300㎜ 실리콘 기판 상에 절연막을 형성하는 예가 수행되었다.
실험 조건:
제1 가스: DM-DMOS(디메틸-디메톡시실란) 200sccm
제2 가스: OH-CH2-CH2-OH(에틸렌 글리콜) 0-200sccm
첨가 가스: He 400sccm
제1 라디오주파수 전력 소스: 27.12㎒ 2.5W/㎠
제2 라디오주파수 전력 소스: 400㎑ 0W/㎠
도 6은 상기에서 언급한 실험 조건 하에서 에틸렌 글리콜의 유량을 0부터 200sccm까지 변화시킬 때 유전율과 막 경도 사이의 상관관계를 보여주는 그래프이다. 그래프는 상기 언급한 실험 조건 하에서 유전율 2.8 이하 및 막 경도 2.5㎬ 이상을 갖는 절연막을 형성하는 최적화된 에틸렌 글리콜 유량이 100-150sccm임을 보여준다.
<예 6>
도 1에 도시된 플라즈마 CVD 장치를 이용하여, ø300㎜ 실리콘 기판 상에 절연막을 형성하는 예가 수행되었다.
실험 조건:
제1 가스: DM-DMOS(디메틸-디메톡시실란) 150sccm
제2 가스: 1,2 프로판디올 0-400sccm
첨가 가스: He 300sccm
제1 라디오주파수 전력 소스: 27.12㎒ 2.2W/㎠
제2 라디오주파수 전력 소스: 400㎑ 0.075W/㎠
도 7은 상기에서 언급한 실험 조건 하에서 1,2-프로판디올의 유량을 0부터 400sccm까지 변화시킬 때 유전율과 막 경도 사이의 상관관계를 보여주는 그래프이다. 그래프는 상기 언급한 실험 조건 하에서 유전율 2.8 이하 및 막 경도 2.5㎬ 이상을 갖는 절연막을 형성하는 최적화된 1,2-프로판디올 유량이 50-300sccm임을 보여준다.
<예 7>
도 1에 도시된 플라즈마 CVD 장치를 이용하여, ø300㎜ 실리콘 기판 상에 절연막을 형성하는 예가 수행되었다.
실험 조건:
제1 가스: DM-DMOS(디메틸-디메톡시실란) 150sccm
제2 가스: 1,2 프로판디올 0-400sccm
첨가 가스: He 300sccm
제1 라디오주파수 전력 소스: 27.12㎒ 2.2W/㎠
제2 라디오주파수 전력 소스: 400㎑ 0W/㎠
도 8은 상기에서 언급한 실험 조건 하에서 1,2-프로판디올의 유량을 0부터 400sccm까지 변화시킬 때 유전율과 막 경도 사이의 상관관계를 보여주는 그래프이다. 그래프는 상기 언급한 실험 조건 하에서 유전율 2.8 이하 및 막 경도 2.5㎬ 이상을 갖는 절연막을 형성하는 최적화된 1,2-프로판디올 유량이 200-300sccm임을 보여준다.
<예 8>
도 1에 도시된 플라즈마 CVD 장치를 이용하여, ø300㎜ 실리콘 기판 상에 절연막을 형성하는 예가 수행되었다.
실험 조건:
제1 가스: DM-DMOS(디메틸-디메톡시실란) 200sccm
제2 가스: CH2=CH2(에틸렌) 0-500sccm
첨가 가스: He 400sccm
제1 라디오주파수 전력 소스: 27.12㎒ 2.0W/㎠
제2 라디오주파수 전력 소스: 400㎑ 0.05W/㎠
도 9는 상기에서 언급한 실험 조건 하에서 에틸렌의 유량을 0부터 500sccm까지 변화시킬 때 유전율과 막 경도 사이의 상관관계를 보여주는 그래프이다. 그래프는 상기 언급한 실험 조건 하에서 유전율 2.8 이하 및 막 경도 2.5㎬ 이상을 갖는 절연막을 형성하는 최적화된 에틸렌 유량이 50-450sccm임을 보여준다.
<예 9>
도 1에 도시된 플라즈마 CVD 장치를 이용하여, ø300㎜ 실리콘 기판 상에 절연막을 형성하는 예가 수행되었다.
실험 조건:
제1 가스: DM-DMOS(디메틸-디메톡시실란) 200sccm
제2 가스: CH2=CH2(에틸렌) 0-500sccm
첨가 가스: He 400sccm
제1 라디오주파수 전력 소스: 27.12㎒ 2.0W/㎠
제2 라디오주파수 전력 소스: 400㎑ 0W/㎠
도 10은 상기에서 언급한 실험 조건 하에서 에틸렌의 유량을 0부터 500sccm까지 변화시킬 때 유전율과 막 경도 사이의 상관관계를 보여주는 그래프이다. 그래프는 상기 언급한 실험 조건 하에서 유전율 2.8 이하 및 막 경도 2.5㎬ 이상을 갖는 절연막을 형성하는 최적화된 에틸렌 유량이 300-450sccm임을 보여준다.
<예 10>
도 1에 도시된 플라즈마 CVD 장치를 이용하여, ø300㎜ 실리콘 기판 상에 절연막을 형성하는 예가 수행되었다.
실험 조건:
제1 가스: DM-DMOS(디메틸-디메톡시실란) 200sccm
제2 가스: O2 100sccm
N2 0-500sccm
첨가 가스: He 400sccm
제1 라디오주파수 전력 소스: 27.12㎒ 1.6W/㎠
제2 라디오주파수 전력 소스: 400㎑ 0.1W/㎠
도 11은 상기에서 언급한 실험 조건 하에서 N2의 유량을 0부터 500sccm까지 변화시킬 때 유전율과 막 경도 사이의 상관관계를 보여주는 그래프이다. 그래프는 상기 언급한 실험 조건 하에서 유전율 2.8 이하 및 막 경도 2.5㎬ 이상을 갖는 절 연막을 형성하는 최적화된 N2 유량이 100-400sccm임을 보여준다.
<예 11>
도 1에 도시된 플라즈마 CVD 장치를 이용하여, ø300㎜ 실리콘 기판 상에 절연막을 형성하는 예가 수행되었다.
실험 조건:
제1 가스: DM-DMOS(디메틸-디메톡시실란) 200sccm
제2 가스: O2 100sccm
N2 0-500sccm
첨가 가스: He 400sccm
제1 라디오주파수 전력 소스: 27.12㎒ 1.6W/㎠
제2 라디오주파수 전력 소스: 400㎑ 0W/㎠
도 12는 상기에서 언급한 실험 조건 하에서 N2의 유량을 0부터 500sccm까지 변화시킬 때 유전율과 막 경도 사이의 상관관계를 보여주는 그래프이다. 그래프는 상기 언급한 실험 조건 하에서 유전율 2.8 이하 및 막 경도 2.5㎬ 이상을 갖는 절연막을 형성하는 최적화된 N2 유량이 200-400sccm임을 보여준다.
<예 12>
도 1에 도시된 플라즈마 CVD 장치를 이용하여, ø300㎜ 실리콘 기판 상에 절연막을 형성하는 예가 수행되었다.
실험 조건:
제1 가스: DMOTMDS(1,3-디메톡시테트라메틸디실록산) 200sccm
제2 가스: O2 100sccm
이소프로필 알코올(IPA) 0-500sccm
첨가 가스: He 200sccm
제1 라디오주파수 전력 소스: 27.12㎒ 2.5W/㎠
제2 라디오주파수 전력 소스: 400㎑ 0.05W/㎠
표 1 및 도 13은 상기에서 언급한 실험 조건 하에서 이소프로필 알코올의 유량을 0부터 500sccm까지 변화시킬 때 유전율과 막 경도/탄성계수 사이의 상관관계를 보여주는 그래프이다. 그래프는 상기 언급한 실험 조건 하에서 유전율 2.5 이하 및 막 경도 1.0㎬ 이상/탄성계수 5.0㎬ 이상을 갖는 절연막을 형성하는 최적화된 이소프로필 알코올 유량이 50-450sccm임을 보여준다.
유량(Sccm) 유전율ε 경도 H(㎬) 탄성계수 EM(㎬)
0 2.41 0.90 4.2
50 2.42 1.10 5.8
100 2.43 1.20 6.3
200 2.44 1.30 7.0
300 2.46 1.40 7.6
400 2.47 1.50 8.2
450 2.49 1.54 8.5
500 2.54 1.58 8.8
<예 13>
도 1에 도시된 플라즈마 CVD 장치를 이용하여, ø300㎜ 실리콘 기판 상에 절연막을 형성하는 예가 수행되었다.
실험 조건:
제1 가스: DMOTMDS(1,3-디메톡시테트라메틸디실록산) 200sccm
제2 가스: O2 100sccm
이소프로필 알코올(IPA) 0-500sccm
첨가 가스: He 200sccm
제1 라디오주파수 전력 소스: 27.12㎒ 2.5W/㎠
제2 라디오주파수 전력 소스: 400㎑ 0W/㎠
표 2 및 도 14는 상기에서 언급한 실험 조건 하에서 이소프로필 알코올의 유량을 0부터 500sccm까지 변화시킬 때 유전율과 막 경도/탄성계수 사이의 상관관계를 보여주는 그래프이다. 그래프는 상기 언급한 실험 조건 하에서 유전율 2.5 이하 및 막 경도 1.0㎬ 이상/탄성계수 5.0㎬ 이상을 갖는 절연막을 형성하는 최적화된 이소프로필 알코올 유량이 50-450sccm임을 보여준다.
유량(Sccm) 유전율ε 경도 H(㎬) 탄성계수 EM(㎬)
0 2.40 0.80 3.8
50 2.42 1.00 5.3
100 2.43 1.10 5.8
200 2.44 1.20 6.6
300 2.46 1.30 7.2
400 2.47 1.40 7.7
450 2.48 1.46 7.9
500 2.52 1.50 8.2
<예 14>
도 1에 도시된 플라즈마 CVD 장치를 이용하여, ø300㎜ 실리콘 기판 상에 절연막을 형성하는 예가 수행되었다.
실험 조건:
제1 가스: DMOTMDS(1,3-디메톡시테트라메틸디실록산) 200sccm
제2 가스: O2 150sccm
디에틸 에테르 0-500sccm
첨가 가스: He 250sccm
제1 라디오주파수 전력 소스: 27.12㎒ 2.3W/㎠
제2 라디오주파수 전력 소스: 400㎑ 0.075W/㎠
표 3 및 도 15는 상기에서 언급한 실험 조건 하에서 디에틸 에테르의 유량을 0부터 500sccm까지 변화시킬 때 유전율과 막 경도/탄성계수 사이의 상관관계를 보여주는 그래프이다. 그래프는 상기 언급한 실험 조건 하에서 유전율 2.5 이하 및 막 경도 1.0㎬ 이상/탄성계수 5.0㎬ 이상을 갖는 절연막을 형성하는 최적화된 디에틸 에테르 유량이 50-400sccm임을 보여준다.
유량(Sccm) 유전율ε 경도 H(㎬) 탄성계수 EM(㎬)
0 2.43 0.85 4.0
50 2.44 1.08 5.8
100 2.45 1.17 6.3
200 2.46 1.22 7.1
300 2.48 1.36 7.6
400 2.49 1.39 7.8
450 2.52 1.40 7.9
500 2.57 1.44 8.0
<예 15>
도 1에 도시된 플라즈마 CVD 장치를 이용하여, ø300㎜ 실리콘 기판 상에 절연막을 형성하는 예가 수행되었다.
실험 조건:
제1 가스: DMOTMDS(1,3-디메톡시테트라메틸디실록산) 200sccm
제2 가스: O2 150sccm
디에틸 에테르 0-500sccm
첨가 가스: He 250sccm
제1 라디오주파수 전력 소스: 27.12㎒ 2.3W/㎠
제2 라디오주파수 전력 소스: 400㎑ 0W/㎠
표 4 및 도 16은 상기에서 언급한 실험 조건 하에서 디에틸 에테르의 유량을 0부터 500sccm까지 변화시킬 때 유전율과 막 경도/탄성계수 사이의 상관관계를 보여주는 그래프이다. 그래프는 상기 언급한 실험 조건 하에서 유전율 2.5 이하 및 막 경도 1.0㎬ 이상/탄성계수 5.0㎬ 이상을 갖는 절연막을 형성하는 최적화된 디에틸 에테르 유량이 100-400sccm임을 보여준다.
유량(Sccm) 유전율ε 경도 H(㎬) 탄성계수 EM(㎬)
0 2.42 0.80 3.7
50 2.43 0.96 4.9
100 2.44 1.04 5.6
200 2.45 1.16 6.3
300 2.47 1.24 7.1
400 2.48 1.31 7.5
450 2.51 1.35 7.6
500 2.55 1.38 7.8
상기에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 저유전율을 갖는 절연막을 형성하는 방법을 이용하여, 가스들의 유량 및 라디오주파수 전력 소스들의 전원밀도를 최적화함으로써, 낮은 유전율 및 높은 경도를 갖는 절연막을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따라 저유전율을 갖는 절연막을 형성하는 방법을 이용하여, 저유전율을 갖는 절연막을 장치 비용의 증가없이 용이하게 형성할 수 있다.
본 발명은 몇몇의 예들을 들어 기술하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 다른 예들은 본 발명의 균등범위 내의 기술에 해당된다. 따라서, 본 발명의 범위는 다음의 청구항들에 의해서만 정의되지 않는다. 본 발명은 다양한 실시예를 포함하고, 상기 예들에 한정되지 않는다. 본 발명은 특히 다음의 실시예들을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 실시예 및 다음의 실시예들의 어떠한 조합으로도 달성가능하다.
1) 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 저유전율을 갖는 절연막을 형성하는 방법은, 복수의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소, CO2 및 Ar 및/또는 He을 포함하는 반응 가스를 반응 챔버 내로 도입하는 단계와; 제1 라디오주파수 전력 및 제2 라디오주파수 전력을 중복시켜 라디오주파수 전력을 인가하거나, 상기 반응 챔버 내부에 플라즈마 반응 필드를 생성하는 제1 라디오주파수 전력을 단독으로 인가하는 단계와; 상기 각 가스의 유량 및 상기 각 라디오주파수 전력의 출력을 최적화하는 단계를 포함한다.
2) 항목 1에서 기술한 방법에 있어서, 상기 복수의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소는 DM-DMOS(디메틸-디메톡시실란)이다.
3) 항목 1에서 기술한 방법에 있어서, 상기 복수의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소는 1,3-디메틸테트라메틸디실록산(DMOTMDS)이다.
4) 항목 1 내지 항목 3 중 어느 하나에서 기술한 방법에 있어서, 상기 반응 가스는 O2 또는 N2O를 더 포함한다.
5) 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 저유전율을 갖는 절연막을 형성하는 방법은, 복수의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소, 알코올 및 Ar 및/또는 He을 포함하는 반응 가스를 반응 챔버 내로 도입하는 단계와; 제1 라디오주파수 전력 및 제2 라디오주파수 전력을 중복시켜 라디오주파수 전력을 인가하거나, 상기 반응 챔버 내부에 플라즈마 반응 필드를 생성하는 제1 라디오주파수 전력을 단독으로 인가하는 단계와; 상기 각 가스의 유량 및 상기 각 라디오주파수 전력의 출력을 최적화하는 단계를 포함한다.
6) 항목 5에서 기술한 방법에 있어서, 상기 복수의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소는 DM-DMOS(디메틸-디메톡시실란)이다.
7) 항목 5에서 기술한 방법에 있어서, 상기 복수의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소는 1,3-디메틸테트라메틸디실록산(DMOTMDS)이다.
8) 항목 5에서 기술한 방법에 있어서, 상기 알코올은 에틸렌 글리콜이다.
9) 항목 5에서 기술한 방법에 있어서, 상기 알코올은 1,2 프로탄디올이다.
10) 항목 5에서 기술한 방법에 있어서, 상기 알코올은 이소프로필 알코올(IPA)이다.
11) 항목 5 내지 항목 10 중 어느 하나에서 기술한 방법에 있어서, 상기 반응 가스는 O2 또는 N2O를 더 포함한다.
12) 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 저유전율을 갖는 절연막을 형성하는 방법은, 복수의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소, 적어도 하나의 불포화 결합을 갖는 탄화수소 및 Ar 및/또는 He을 포함하는 반응 가스를 반응 챔버 내로 도입하는 단계와; 제1 라디오주파수 전력 및 제2 라디오주파수 전력을 중복시켜 라디오주파수 전력을 인가하거나, 상기 반응 챔버 내부에 플라즈마 반응 필드를 생성하는 제1 라디오주파수 전력을 단독으로 인가하는 단계와; 상기 각 가스의 유량 및 상기 각 라디오주파수 전력의 출력을 최적화하는 단계를 포함한다.
13) 항목 12에서 기술한 방법에 있어서, 상기 복수의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소는 DM-DMOS(디메틸-디메톡시실란)이다.
14) 항목 12에서 기술한 방법에 있어서, 상기 복수의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소는 1,3-디메틸테트라메틸디실록산(DMOTMDS)이다.
15) 항목 12에서 기술한 방법에 있어서, 상기 적어도 하나의 불포화 결합을 갖는 탄화수소는 에틸렌이다.
16) 항목 12 내지 항목 15 중 어느 하나에서 기술한 방법에 있어서, 상기 반응 가스는 O2 또는 N2O를 더 포함한다.
17) 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 저유전율을 갖는 절연막을 형성하는 방법은, 복수의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소, N2 및 Ar 및/또는 He을 포함하는 반응 가스를 반응 챔버 내로 도입하는 단계와; 제1 라디오주파수 전력 및 제2 라디오주파수 전력을 중복시켜 라디오주파수 전력을 인가하거나, 상기 반응 챔버 내부에 플라즈마 반응 필드를 생성하는 제1 라디오주파수 전력을 단독으로 인가하는 단계와; 상기 각 가스의 유량 및 상기 각 라디오주파수 전력의 출력을 최적화하는 단계를 포함한다.
18) 항목 17에서 기술한 방법에 있어서, 상기 복수의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소는 DM-DMOS(디메틸-디메톡시실란)이다.
19) 항목 17에서 기술한 방법에 있어서, 상기 복수의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소는 1,3-디메틸테트라메틸디실록산(DMOTMDS)이다.
20) 항목 17 내지 항목 19 중 어느 하나에서 기술한 방법에 있어서, 상기 반응 가스는 O2 또는 N2O를 더 포함한다.
21) 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 저유전율을 갖는 절연막을 형성하는 방법은, 복수의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소, 에테르 및 Ar 및/또는 He을 포함하는 반응 가스를 반응 챔버 내로 도입하는 단계와; 제1 라디오주파수 전력 및 제2 라디오주파수 전력을 중복시켜 라디오주파수 전력을 인가하거나, 상기 반응 챔버 내부에 플라즈마 반응 필드를 생성하는 제1 라디오주파수 전력을 단독으로 인가하는 단계와; 상기 각 가스의 유량 및 상기 각 라디오주파수 전력의 출력을 최적화하는 단계를 포함한다.
22) 항목 21에서 기술한 방법에 있어서, 상기 복수의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소는 DM-DMOS(디메틸-디메톡시실란)이다.
23) 항목 21에서 기술한 방법에 있어서, 상기 복수의 알콕시기를 갖는 실리 콘 함유 탄화수소는 1,3-디메틸테트라메틸디실록산(DMOTMDS)이다.
24) 항목 21에서 기술한 방법에 있어서, 상기 에테르는 디에틸 에테르이다.
25) 항목 21 내지 항목 24 중 어느 하나에서 기술한 방법에 있어서, 상기 반응 가스는 O2 또는 N2O를 더 포함한다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상에 기초하여 많은 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 형식은 단지 설명하기 위한 것이고 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것이 아님이 명백히 이해되어야 할 것이다.
상기에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 저유전율을 갖는 절연막을 형성하는 방법을 이용하여, 가스들의 유량 및 라디오주파수 전력 소스들의 전원밀도를 최적화함으로써, 낮은 유전율 및 높은 경도를 갖는 절연막을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따라 저유전율을 갖는 절연막을 형성하는 방법을 이용하여, 저유전율을 갖는 절연막을 장치 비용의 증가없이 용이하게 형성할 수 있다.

Claims (51)

  1. 플라즈마 반응에 의해 기판 상에 실리콘 함유 절연막을 형성하는 방법으로서,
    기판이 놓여진 반응 챔버 내로, (ⅰ) 복수의 교차 결합가능기 (cross-linkable group) 를 포함하는 실리콘 함유 탄화수소 화합물을 포함하는 소스 가스, (ⅱ) 교차 결합 가스 및 (ⅲ) 불활성 가스를 포함하는 반응 가스를 인입하는 단계;
    상기 반응 챔버 내부에 플라즈마 반응 영역을 생성하도록 라디오주파수 전력을 인가하는 단계; 및
    상기 반응 가스의 유량과 상기 라디오주파수 전력의 세기를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 실리콘 함유 탄화수소 화합물의 상기 교차 결합가능기는 알콕시기 및 비닐기 중 어느 하나 또는 이들 모두이고, 상기 교차 결합 가스는 알코올, 에테르, 불포화 탄화수소, CO2 및 N2로 구성된 군 중에서 선택되고,
    상기 소스 가스는 화학식 SiαOα-1R2α-β+2(OCnH2n+1)β 을 갖는 화합물이며,
    상기 α는 1 내지 3인 정수, 상기 β는 2 또는 3, 상기 n은 1 내지 3인 정수 그리고 상기 R은 Si에 결합되고 C1-12 탄화수소, C1-12 불화탄화수소, C1-12 과불화탄소, H, D, F, Cl, Br 및 I로 구성된 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 알코올은 C1-6 알칸올 및 C4-12 시클로알칸올로 구성된 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 불포화 탄화수소는 C1-6 불포화 탄화수소, C4-12 방향족 탄화수소 불포화 화합물 및 C4-12 지방족고리 탄화수소 불포화 화합물로 구성된 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 에테르는 C3-20 에테르 및 C5-12 시클로알칸올 비닐 화합물로 구성된 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 α는 1 또는 2이고, 상기 β는 2인 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 R은 C1-6 탄화수소인 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 소스 가스는 디메틸-디메톡시실란인 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 소스 가스는 1,3-디메톡시테트라메틸디실록산인 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 소스 가스는 1,3-디비닐테트라메틸디실록산인 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 라디오주파수 전력은 고주파 전원과 저주파 전원의 조합인 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 고주파 전원은 2㎒ 이상, 상기 저주파 전원은 2㎒ 보다 작은 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 라디오주파수 전력은 단일 주파수 전력인 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 반응 가스의 유량 및 상기 전력의 세기는 1.0GPa 이상의 경도를 갖는 절연막을 형성하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 반응 가스의 유량 및 상기 전력의 세기는 2.5GPa 이상의 경도를 갖는 절연막을 형성하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 불활성 가스는 Ar, Ne 및 He으로 구성된 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 반응 가스는 산소 공급 가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 산소 공급 가스는 O2 및 N2O로 구성된 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 산소 공급 가스는 상기 소스 가스보다 낮은 유량으로 공급되는 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 라디오주파수 전력의 세기는 1.5W/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  23. 제13항에 있어서,
    상기 고주파 전력의 세기는 1.5W/㎠ 이상이고, 상기 저주파 전원의 세기는 0.01W/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 불활성 가스는 상기 소스 가스 유량의 15 % 내지 300% 의 유량으로 공급되는 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 교차 결합 가스는 C2-4 알칸올인 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 C2-4 알칸올은 에틸렌 글리콜, 1,2 프로판디올 또는 이소프로필 알코올인 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  27. 제1항에 있어서,
    상기 교차 결합 가스는 C2-4 에테르인 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 C2-4 에테르는 디에틸 에테르인 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  29. 제1항에 있어서,
    상기 교차 결합 가스는 C2-4 불포화 탄화수소인 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 C2-4 불포화 탄화수소는 에틸렌인 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  31. 제1항에 있어서,
    상기 교차 결합 가스는 상기 소스 가스의 화합물의 올리고머들을 교차 결합시키는 데 유효한 유량으로 공급시켜, 기판 상에 형성된 절연막의 경도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 교차 결합 가스의 상기 유량은 상기 소스 가스 유량의 20% 내지 500%인 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  33. 제1항에 있어서,
    상기 반응 가스는 상기 반응 챔버의 상류에서 여기되는 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  34. 플라즈마 반응에 의해 기판 상에 실리콘 함유 절연막을 형성하는 방법으로서,
    기판이 놓여진 반응 챔버 내로, (ⅰ) 다수의 알콕시기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소 화합물을 포함하는 소스 가스, (ⅱ) C1-6 알칸올, C1-6 에테르, C1-6 불포화 탄화수소, C02 및 N2로 구성된 군 중에서 선택되는 교차 결합 가스 및 (ⅲ) 불활성 가스를 포함하는 반응 가스를 인입하는 단계;
    상기 반응 챔버 내부에 플라즈마 반응 영역을 생성하도록 라디오주파수 전력을 인가하는 단계; 및
    상기 반응 가스의 유량과 상기 라디오주파수 전력의 세기를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 소스 가스는 화학식 SiαOα-1R2α-β+2(OCnH2n+1)β 을 갖는 화합물이며,
    상기 α는 1 내지 3인 정수, 상기 β는 2 또는 3, 상기 n은 1 내지 3인 정수 그리고 상기 R은 Si에 결합되고 C1-12 탄화수소, C1-12 불화탄화수소, C1-12 과불화탄소, H, D, F, Cl, Br 및 I로 구성된 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 형성 방법.
  35. 기판 상에 형성된 실리콘 함유 절연막의 기계적 강도를 증가시키는 방법으로서,
    소스 가스로서 선택되고, 교차 결합가능기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소 화합물을 포함하는 교차 결합 가스와 불활성 가스를 혼합하는 단계;
    기판이 놓여진 반응 챔버 내부로, 반응 가스로서 상기 혼합 가스를 인입하는 단계;
    상기 반응 챔버 내부에 플라즈마 반응 영역을 생성하도록 라디오주파수 전력을 인가하는 단계; 및
    상기 반응 가스의 유량과 상기 라디오주파수 전력의 세기를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 실리콘 함유 탄화수소 화합물의 상기 교차 결합가능기는 알콕시기 및 비닐기 중 어느 하나 또는 이들 모두이고, 상기 교차 결합 가스는 알코올, 에테르, 불포화 탄화수소, CO2 및 N2로 구성된 군 중에서 선택되고,
    상기 소스 가스는 화학식 SiαOα-1R2α-β+2(OCnH2n+1)β 을 갖는 화합물이며,
    상기 α는 1 내지 3인 정수, 상기 β는 2 또는 3, 상기 n은 1 내지 3인 정수 그리고 상기 R은 Si에 결합되고 C1-12 탄화수소, C1-12 불화탄화수소, C1-12 과불화탄소, H, D, F, Cl, Br 및 I로 구성된 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 절연막의 기계적 강도 증가 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 라디오주파수 전력은 고주파 전력과 저주파 전력의 조합인 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 고주파 전력은 2㎒ 이상, 상기 저주파 전력은 2㎒ 보다 작은 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제35항에 있어서,
    상기 교차 결합 가스는 상기 소스 가스의 화합물의 올리고머들을 교차 결합시키는 데 유효한 유량으로 제공되어, 1.0GPa 이상의 경도, 5.0GPa 이상의 탄성 계수, 2.5 이하의 유전율을 얻는 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제35항에 있어서,
    상기 교차 결합 가스는 상기 소스 가스의 화합물의 올리고머들을 교차 결합시키는 데 유효한 유량으로 제공되어, 2.5GPa 이상의 경도 및 2.8 이하의 유전율을 얻는 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 제35항에 있어서,
    상기 반응 가스는 상기 반응 챔버의 상류에서 여기되는 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 삭제
  42. 삭제
  43. 제35항에 있어서,
    상기 알코올은 C1-6 알칸올 및 C4-12 시클로알칸올로 구성된 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 제35항에 있어서,
    상기 불포화 탄화수소는 C1-6 불포화 탄화수소, C4-12 방향족 탄화수소 불포화 화합물 및 C4-12 지방족고리 탄화수소 불포화 화합물로 구성된 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제35항에 있어서,
    상기 에테르는 C3-20 에테르 및 C5-12 시클로알칸올 비닐 화합물로 구성된 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 삭제
  47. 제35항에 있어서,
    상기 소스 가스는 디메틸-디메톡시실란인 것을 특징으로 하는 방법.
  48. 제35항에 있어서,
    상기 소스 가스는 1,3-디메톡시테트라메틸디실록산인 것을 특징으로 하는 방법.
  49. 제35항에 있어서,
    상기 소스 가스는 1,3-디비닐테트라메틸디실록산인 것을 특징으로 하는 방법.
  50. 기판 상에 형성된 실리콘 함유 절연막으로서,
    (a) 기판이 놓여진 반응 챔버 내로, (ⅰ) 알콕시기 및 비닐기 중 어느 하나 또는 이들 모두인 복수의 교차 결합가능기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소 화합물을 포함하는 소스 가스, (ⅱ) 알코올, 에테르, 불포화 탄화수소, CO2 및 N2로 구성된 군 중에서 선택된 교차 결합 가스 및 (ⅲ) 불활성 가스를 포함하는 반응 가스를 인입하는 단계;
    (b) 상기 반응 챔버 내부에 플라즈마 반응 영역을 생성하도록 라디오주파수 전력을 인가하는 단계; 및
    (c) 상기 반응 가스의 유량과 상기 라디오주파수 전력의 세기를 제어하는 단계를 포함하는 방법에 의해 얻어진 플라즈마 중합 생성물이고,
    상기 플라즈마 중합 생성물은, C1-6 알칸올, C1-6 에테르, C1-6 불포화 탄화수소, CO2 및 N2로 구성된 군 중에서 선택된 교차 결합제를 이용하여, 각각 복수의 알콕시기를 함유하는 실리콘 함유 탄화수소 화합물들이 교차 결합된 구조를 가지며,
    상기 플라즈마 중합 성성물은 2.5GPa 이상의 경도 및 2.8 이하의 유전율을 갖고,
    상기 소스 가스는 화학식 SiαOα-1R2α-β+2(OCnH2n+1)β 을 갖는 화합물이며,
    상기 α는 1 내지 3인 정수, 상기 β는 2 또는 3, 상기 n은 1 내지 3인 정수 그리고 상기 R은 Si에 결합되고 C1-12 탄화수소, C1-12 불화탄화수소, C1-12 과불화탄소, H, D, F, Cl, Br 및 I로 구성된 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 절연막.
  51. 기판 상에 형성된 실리콘 함유 절연막으로서,
    (a) 기판이 놓여진 반응 챔버 내로, (ⅰ) 알콕시기 및 비닐기 중 어느 하나 또는 이들 모두인 복수의 교차 결합가능기를 갖는 실리콘 함유 탄화수소 화합물을 포함하는 소스 가스, (ⅱ) 알코올, 에테르, 불포화 탄화수소, CO2 및 N2로 구성된 군 중에서 선택된 교차 결합 가스 및 (ⅲ) 불활성 가스를 포함하는 반응 가스를 인입하는 단계;
    (b) 상기 반응 챔버 내부에 플라즈마 반응 영역을 생성하도록 라디오주파수 전력을 인가하는 단계; 및
    (c) 상기 반응 가스의 유량과 상기 라디오주파수 전력의 세기를 제어하는 단계를 포함하는 방법에 의해 얻어진 플라즈마 중합 생성물이고,
    상기 플라즈마 중합 생성물은 C1-6 알칸올, C1-6 에테르, C1-6 불포화 탄화수소, CO2 및 N2로 구성된 군 중에서 선택된 교차 결합제를 이용하여, 각각 복수의 알콕시기를 포함하는 각 실리콘 함유 탄화수소 화합물들이 교차 결합된 구조를 가지며,
    상기 플라즈마 중합 생성물은 1.0GPa 이상의 경도, 5.0GPa 이상의 탄성 계수, 및 2.5 이하의 유전율을 갖고,
    상기 소스 가스는 화학식 SiαOα-1R2α-β+2(OCnH2n+1)β 을 갖는 화합물이며,
    상기 α는 1 내지 3인 정수, 상기 β는 2 또는 3, 상기 n은 1 내지 3인 정수 그리고 상기 R은 Si에 결합되고 C1-12 탄화수소, C1-12 불화탄화수소, C1-12 과불화탄소, H, D, F, Cl, Br 및 I로 구성된 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 절연막.
KR1020030013276A 2002-03-04 2003-03-04 낮은 유전율 및 높은 기계적 강도를 갖는 실리콘 함유절연막 형성 방법 KR101037392B1 (ko)

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