KR101041947B1 - 에스아이오씨 박막 열처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 SiOC 박막의 열처리 장치에 대한 것으로, 원통형의 튜브챔버 내에 SiOC 박막이 코팅된 기판이 위치하며 상기 SiOC 박막에 열처리를 실시하는 트레이, 상기 튜브 챔버 좌우측에 실링을 위하여 부착 설치되는 오링, 상기 튜브 챔버 외부를 감싸면서 배치되어 상기 튜브 챔버 내 SiOC 박막으로 열을 가하는 히터, 상기 히터에 의하여 발열되어 상기 SiOC 박막에 가해지는 열을 제어하는 온도제어기를 포함하는 것으로 저유전율을 갖는 절연막을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 박막의 밀도를 높게 하여 탄소의 상대적인 농도가 높아짐에 따라서 막의 강도가 높아지는 효과도 동시에 얻을 수 있다.
SiOC 박막, 유전상수, 열처리, 할로겐램프, 온도제어기
Description
본 발명은 SiOC 박막의 열처리 장치에 대한 것으로, 절연특성이 좋은 SiOC 박막을 만드는데 있어서 CVD 방법으로 증착된 박막의 열처리공정기술에 관한 것으로, CVD 방법에 의하여 증착된 박막은 열처리공정을 통하여 유전상수가 더욱 낮아지게 되며, 저유전 상수를 가지는 SiOC 박막 형성을 위한 열처리 장치에 관한 것이다.
반도체 집적회로 소자가 점점 더 소형화되면서 파생되는 문제점들이 많아지고 있다. 우선 크기가 작아짐에 따라 신호 간섭 혹은 신호 지연 등의 문제가 심각하게 대두되고 있다.
또한 메모리 소자의 초고집적화 기술에 가장 크게 기여한 기술은 패턴의 미세화와 이를 뒷받침하는 장비기술을 포함하는 플래너(planar) 공정기술이다. 패턴의 미세화는 나아가 단위 트랜지스터 혹은 셀(cell)의 고속화, 저손실화에 결정적인 도움을 주었다.
그리고, 반도체 소자의 집적화는 제품의 소형화를 가능하게 하였지만 신호전 송속도의 지연, 기생커패시턴스의 증가는 신호의 간섭과 전력소모의 증가와 같은 문제점을 발생시키게 되었다. 이러한 문제점의 해결방법에는 회로설계의 개선과 새로운 물질의 개발을 통하여 반도체 소자를 구현하는 공정기술 개발을 들 수 있다.
이중에서도 신소재 개발은 반도체 소자의 집적화의 문제점에 대한 근본적인 해결책을 제시해줄 수 있는 전반적인 반도체 산업에 영향을 미칠 수 있는 중요한 기반기술이라 할 수 있다. 신호의 전송속도의 증가는 전도체 물질로 사용되는 물질에 의해서 개선될 수 있으나 신호를 전송하는 선로 사이의 절연물질에 의해서도 많은 영향을 받는다.
한편 고속화는 패턴의 미세화만으로는 극복할 수 없는 RC지연 같은 문제에 의해서 제한을 받는다. 이를 극복하기 위해서는 신호를 전송하는 알미늄 배선을 구리배선으로 바꾸고 증가되는 정전용량을 감소하기 위하여 기존에 사용되어온 유전상수 k=4.0인 실리콘 다이옥사이드(SiO2)절연막 대신에 절연특성이 더 우수한 저유전 상수(low-k) 절연막을 사용해야 한다. 배선 절연층의 정전용량(C=A·ε／d, A: 배선면적, ε:배선절연막의 유전율, d : 절연층 두께)의 최소화는 공정기술면에서는 배선면적의 최소화로 접근할 수 있다.
한편 절연층 두께를 키우면 정전용량은 줄어들지만, 이 방법은 고집적화의 방해요소로 작용하므로 결코 좋은 해결책이 될 수 없다. 궁극적인 해결책은 재료기술, 즉 유전율의 최소화에서 찾을 수밖에 없다.
현재 주로 사용되는 반도체 소자의 절연물질로는 SiO2 산화막이 사용되고 있 으며, 절연특성으로는 유전상수가 대략 4.0에 해당한다. SiO2 절연막을 대신할 수 있는 새로운 절연막으로 주목받는 물질이 SiOC 박막이며, CVD(chemical vapor deposition) 방법과 SOD(spin on coating)방법에 의해 증착될 수 있다.
층간 절연막으로 잘 알려진 low-k 물질은 제조 방법에 따라 SOD(spin on deposition)방법과 CVD(chemical vapor deposition)방법 2가지 종류가 있다. 평탄도나 균일성면에 있어서 CVD 방법에 의한 SiOC 박막이 차세대 절연물질이 될 것으로 주목받고 있다. SOC 용 프리커서는 SiLK, HSQ, MSQ 등이 알려져 있다. low-k는 구리 배선의 층 사이 물질로 기존 산화규소(SiO2)보다 저항을 줄여 유전율(k값)을 크게 낮출 수 있어 90㎚ 이하 공정에 본격적으로 적용될 신소재로 각광받고 있다.
low-k 물질에서 유전상수가 낮아지게 하는 원리를 보면 크게 2가지가 있다.
하나는 기공의 존재 그리고 나머지 하나는 분극을 없애서 비정질 결합구조를 형성하는데 있다.
SOD 방법과 CVD 방법에 사용되는 여러 가지 프리커서들 중에서도 평탄도나 균일성면에 있어서 CVD 방법에 의한 SiOC 박막이 차세대 절연물질이 될 것으로 주목받고 있다.
CVD 챔버 안에서 산소와 혼합된 상태에서 플라즈마 에너지에 의해서 해리가 되고 해리가 된 분자, 원자, 전자 혹은 이온들은 다시 재결합되면서 최종적인 SiOC 박막을 형성하게 된다. 이때 산소는 양이 작게 되면 기공의 형성에 의한 low-k 박막이 되기도 하지만 산소의 양이 적당하게 많게 되면 Si-CH3 결합이 친핵성 공격을 받고 CH 결합이 산소에 의해 늘어지는 효과가 나타난다. 이러한 효과는 절연막으로서 필수적인 비정질 구조를 만들게 되고 비정질도가 높은 박막에서 유전상수가 낮아지는 것은 당연한 원리이다. 그래서 얻은 SiOC 박막의 유전상수가 2.1로 조사 되고 보고된 바가 있다.
한편, SiOC 박막 형성 매커니즘에 있어서 알킬기는 말단에서의 결합반응이 일어나지 못하고, 일반적으로 절연물질내의 기공은 불평등 전계를 낳아 특성 열화를 가속시키는 치명적인 존재로 잘 알려져 있다.
따라서 기공을 갖는 유전체는 좋은 절연물질로는 한계가 있다. 공기는 뛰어난 단열재이므로 기공을 갖는 유전체의 방열특성은 나빠지게 된다.
또한 기체는 열팽창율이 매우 크므로 매트릭스 수지에 큰 기계적 응력을 일으키게 된다. 박막내의 기공의 불균일성은 특히 배선 가장 자리 전계가 집중되는 곳이라면 특성 열화는 더욱 심하게 일어나게 된다.
그리고, CVD 방법으로 형성된 SiOC 박막 형성 과정에서 캐리어 가스로서 아르곤 가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 SiOC 박막의 형성 방법에 의해서 생성되는 실란트는 OH기를 포함하고 있어 유전상수가 높아진다. 이러한 성분은 열처리공정으로 제거해 주어야 되며 이러한 이유에서 SiOC박막은 증착 후 열처리 공정이 중요하게 작용하게 된다.
본 발명은 상기와 같이 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 절연특성이 좋은 SiOC 박막을 만드는데 있어서 CVD 방법으로 증착된 박막의 열처리공정에 따른 저유전상수를 가지는 SiOC 박막 형성을 위한 열처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SiOC 박막 열처리 장치는, 반응 챔버 내부에서 비스-트리메틸시릴케톤(Bis-trimethylsilylketon)을 소스가스로 인입하고 플라즈마 파워를 인가하여 기판 상에 SiOC 박막을 형성하는 SiOC 박막 형성 공정 이후, 상기 SiOC 박막에 대한 어닐링 열처리를 실시하기 위한 열처리 장치에 있어서, 원통형의 튜브챔버 내에 SiOC 박막이 코팅된 기판이 위치하며 상기 SiOC 박막에 열처리를 실시하는 트레이, 상기 튜브 챔버 좌우측에 실링을 위하여 부착 설치되는 오링, 상기 튜브 챔버 외부를 감싸면서 배치되어 상기 튜브 챔버 내 SiOC 박막으로 열을 가하는 히터, 상기 히터에 의하여 발열되어 상기 SiOC 박막에 가해지는 열을 제어하는 온도제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 SiOC 박막 열처리 장치에 있어서, 상기 히터는 그 내부에 각각 필라멘트가 들어있는 다수의 램프관을 구비하는 할로겐램프로 이루어지며, 상기 다수의 램프관의 필라멘트에는 상기 온도 제어기가 연결되어 발열온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 SiOC 박막 열처리 장치에 있어서, 상기 SiOC 박막 기판이 설치된 챔버에 진공 펌프가 연결되어 진공상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 SiOC 박막 열처리 장치에 있어서, 상기 SiOC 박막 기판이 설치된 챔버에는 진공상태의 압력으로 10-1~10-3 Torr인 환경이 유지되는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 SiOC 박막 열처리 장치에 있어서, 상기 SiOC 박막 기판이 설치된 원통형의 튜브 챔버는 쿼츠(quartz)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 SiOC 박막 열처리 장치에 있어서, 상기 열처리는 SiOC 박막 형성 후 400℃ 내지 500℃ 온도 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
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또한, 본 발명에 SiOC 박막 열처리 장치에 있어서, 상기 튜브 챔버 외부를 감싸면서 배치되는 할로겐 램프는 상하로 반분되어 결합하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 SiOC 박막 열처리 장치에 의하면 열처리 공정을 통하여 저유전율을 갖는 절연막을 형성하는 공정방법을 이용하여 열처리 온도와 공정조건들을 최적화함으로써 낮은 유전율을 갖는 절연막을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 열처리 공정기술을 이용하여 저유전율을 갖는 절연막을 구성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 열처리 공정은 유전상수와 관련하여 유전상수가 낮아질 뿐만 아니라 박막의 밀도를 높게 하여 탄소의 상대적인 농도가 높아짐에 따라서 막의 강도가 높아지는 효과도 동시에 얻을 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 도면에 도시된 실시예에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 SiOC 박막 열처리 장치의 전체 개략 구조도이다.
도1을 참조하면, 본 발명에 따른 SiOC 박막 열처리 장치는 원통형의 튜브챔버(40) 내에 SiOC 박막이 코팅된 기판이 위치하며 상기 SiOC 박막에 열처리를 실시하는 트레이(10), 상기 튜브 챔버(40) 좌우측에 실링을 위하여 부착 설치되는 오링(O-ring, 30), 상기 튜브 챔버(40) 외부를 감싸면서 배치되어 상기 튜브챔버(40) 내 SiOC 박막으로 열을 가하는 히터가 배치된다.
또한, 상기 히터로서 할로겐 램프(20)가 발열함으로써 튜브 챔버(40)로 열이 가해질 때, 상기 SiOC 박막에 가해지는 열을 제어하는 온도제어기를 더 포함한다.
상기 트레이(10)는 열처리 공정을 처리할 시료 또는 SiOC 박막 기판을 올려놓을 수 있으며, 둥근 원통형의 튜브 챔버(40)는 할로겐 램프(20)를 달고 있는 외벽이 위아래로 덮고 있는 형태로 구성되는 시스템을 이용하여 온도를 높일 수 있다.
상기 튜브챔버(40) 양단에 위치한 오링(30)은 진공펌프와 함께 열처리 공간을 진공상태로 만든다.
그리고, 상기 SiOC 박막 기판이 설치된 원통형의 튜브 챔버(40)는 쿼츠(quartz)로 이루어지는 것이 바람직하다.
도2는 도1에 도시된 본 발명에 따른 SiOC 박막 열처리 장치에서 할로겐 램프의 상세도이다.
도3은 도1에 도시된 본 발명에 따른 SiOC 박막 열처리 장치의 개략적인 측단면도이다.
도2를 참조하면 상기 할로겐 램프(20)는 그 내부에 각각 필라멘트(23)가 들어있는 다수의 램프관(22)을 구비하며, 상기 다수의 램프관(22)의 필라멘트에는 상기 온도 제어기(24)가 연결되어 램프관(22)의 필라멘트에서 발생하는 발열온도를 제어하는 것이다.
이때, 상기 온도 제어기(24)에 의해 제어되는 SiOC 박막의 열처리 공정 중의 온도는 SiOC 박막 형성 후 400℃ 내지 500℃ 온도 범위가 되고 상기 온도 제어 기(24) 의해서 상기 온도를 유지하면서 박막 열처리 공정이 이루어지는 것이다.
또한, 도1, 도3을 참조하면, 본 발명에 따른 SiOC 박막 열처리 장치에서 상기 튜브 챔버(40) 외부를 감싸면서 배치되는 할로겐 램프(20)는 상하로 반분되어 결합하여 장치 구성의 간략화와 시료 배치의 용이성을 고려하고 있다.
CVD 공정 중에 SiOC 박막 형성 과정에서 캐리어 가스로 Ar에 의해 반응챔버의 내부로 탄소를 포함하는 소스 가스로서, 비스-트리메틸시릴케톤(Bis-trymethylsilyketon)을 공급한다.
상기 비스-트리메틸시릴케톤(Bis-trimethylsilylketon)은 산소와 혼합하여 공급되면,
[(CH3)3Si]2C=O + O2 ⇒ 1차적으로 [(CH3)3Si]2C=O 프리커서의 해리가 일어나고 산소와 재결합 반응이 일어나면서 Si-O 네트워크가 형성된다.
CVD 공정 중에 SiOC 박막 형성 과정에서 캐리어 가스로 Ar에 의해 반응챔버의 내부로 탄소를 포함하는 소스 가스로서, 비스-트리메틸시릴케톤(Bis-trymethylsilyketon)을 공급한다.
상기 비스-트리메틸시릴케톤(Bis-trimethylsilylketon)은 산소와 혼합하여 공급되면,
[(CH3)3Si]2C=O + O2 ⇒ 1차적으로 [(CH3)3Si]2C=O 프리커서의 해리가 일어나고 산소와 재결합 반응이 일어나면서 Si-O 네트워크가 형성된다.
여기서, 상기 SiOC 박막의 형성 메커니즘을 살펴보면,
Si+OH + Si-OH → H2O + Si-O-Si
Si-H+Si-O → Si + Si-OH
상기 CVD 방법으로 형성된 SiOC 박막 형성 과정에서 소스가스로서 비스-트리메틸시릴케톤(Bis-trimethylsilylketon)과, 캐리어 가스로서 아르곤 가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 SiOC 박막의 형성 방법에 의해서 생성되는 실란트는 OH기를 포함하고 있어 유전상수가 높아진다.
이러한 성분은 열처리공정으로 제거해 주어야 하는데, 이러한 이유에서 SiOC박막은 증착 후 열처리 공정이 중요하게 작용하게 된다.
이때, 열처리 공정에 따라서 저유전율을 형성하는 방법에 있어서 온도의 변화에 따라서 OH 결합의 흡수성분이 줄어들면서 유전율이 떨어진다.
상기 열처리 공정은 유전상수와 관련하여 유전상수가 낮아질 뿐만 아니라 박막의 밀도를 높게 하여 탄소의 상대적인 농도가 높아짐에 따라서 막의 강도가 높아지는 효과도 동시에 얻을 수 있다.
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이때, 공급되는 가스라인의 온도는 20~40℃의 범위 내의 온도를 유지하는 것이 바람직하다.
상기 열처리 장치의 양단에는 전극이 연결되어 RF(Radio Frequency)파워를 인가하기 위한 RF 파워 발생기가 구비되어 마련될 수 있고, 상기 SiOC 박막 기판은 CVD 플라즈마 처리에 의하여 생성되는 것이다.
상기 SiOC 박막은 CVD 방법으로 형성되며, 상기 SiOC 박막 형성 과정에서 캐리어 가스로서 아르곤 또는 질소 원자를 포함하는 가스가 인입된다.
그리고, 상기 SiOC 박막 기판이 설치된 튜브 챔버(40)에는 진공상태의 압력으로 10-1~10-3 Torr인 환경이 유지되는 것이다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도1은 본 발명에 따른 SiOC 박막 열처리 장치의 전체 개략 구조도이다.
도2는 도1에 도시된 본 발명에 따른 SiOC 박막 열처리 장치에서 할로겐 램프의 상세도이다.
도3은 도1에 도시된 본 발명에 따른 SiOC 박막 열처리 장치의 개략적인 측단면도이다.
≪도면의 주요부분에 대한 부호의 설명≫
10 : 트레이 20 : 할로겐램프
22 : 램프관 23 : 필라멘트
24 : 온도제어기 30 : 오링
40 : 튜브 챔버
Claims (10)
- 반응 챔버 내부에서 비스-트리메틸시릴케톤(Bis-trimethylsilylketon)을 소스가스로 인입하고 플라즈마 파워를 인가하여 기판 상에 SiOC 박막을 형성하는 SiOC 박막 형성 공정 이후, 상기 SiOC 박막에 대한 열처리를 실시하기 위한 열처리 장치에 있어서,원통형의 튜브챔버 내에 SiOC 박막이 코팅된 기판이 위치하며 상기 SiOC 박막에 열처리를 실시하는 트레이;상기 튜브 챔버 좌우측에 실링을 위하여 부착 설치되는 오링;상기 튜브 챔버 외부를 감싸면서 배치되어 상기 튜브 챔버 내 SiOC 박막으로 열을 가하는 히터; 및상기 히터에 의하여 발열되어 상기 SiOC 박막에 가해지는 열을 제어하는 온도제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 SiOC 박막 열처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 히터는 그 내부에 필라멘트가 각각 들어있는 다수의 램프관을 구비하는 할로겐 램프로 이루어지며, 상기 다수의 램프관의 필라멘트에는 상기 온도 제어기가 연결되어 발열온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 SiOC 박막 열처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 SiOC 박막 기판이 설치된 챔버에 진공 펌프가 연결되어 진공상태를 유 지하는 것을 특징으로 하는 SiOC 박막 열처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 SiOC 박막 기판이 설치된 튜브 챔버에는 진공상태의 압력으로 10-1~10-3 Torr인 환경이 유지되는 것을 특징으로 하는 SiOC 박막 열처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 SiOC 박막 기판이 설치된 원통형의 튜브 챔버는 쿼츠(quartz)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 SiOC 박막 열처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 열처리는 SiOC 박막 형성 후 400℃ 내지 500℃ 온도 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 SiOC 박막 열처리 장치.
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- 제 1 항에 있어서,상기 튜브 챔버 외부를 감싸면서 배치되는 히터는 상하로 반분되어 결합하는 것을 특징으로 하는 SiOC 박막 열처리 장치.
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| KR20010081441A (ko) * | 2000-02-14 | 2001-08-29 | 윤종용 | 웨이퍼와 튜브 내부의 실제 온도를 측정하기 위한 장치를갖는 급속 열처리 시스템 |
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2008
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