KR101197019B1 - Gap-fill method using pulsed RF power and gap-fill apparatus for the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 갭이 형성된 기판을 챔버 내부의 기판안치대에 안치시키는 단계; 상기 챔버 내부로 비반응성 가스를 공급하고, 소스RF전력을 인가하여 상기 기판 상부의 반응공간에 플라즈마를 발생시키는 단계; 상기 반응공간에 증착용 공정가스를 공급하고, 바이어스 RF전력을 펄스RF로 변환하여 상기 기판안치대에 인가하는 단계; 상기 공정가스의 공급과 상기 바이어스 RF전력의 인가를 차단하는 단계; 상기 반응공간의 플라즈마를 소멸시키는 단계;를 포함하는 갭필(Gap-fill) 방법 및 이를 위한 갭필 장치에 관한 것이다.The present invention comprises the steps of placing the gap-formed substrate on the substrate support in the chamber; Supplying a non-reactive gas into the chamber and applying a source RF power to generate a plasma in the reaction space above the substrate; Supplying a deposition process gas to the reaction space, converting a bias RF power into pulsed RF and applying it to the substrate stabilizer; Blocking supply of the process gas and application of the bias RF power; It relates to a gap-fill (Gap-fill) method and a gap-fill device therefor including the step of quenching the plasma of the reaction space.
본 발명에 따르면, 갭필 공정에서 바이어스 RF전력을 펄스RF로 변환하여 공급함으로써 갭의 개구부로 입사하는 이온의 에너지 및 분압을 주기적 제어할 수 있다. 따라서 증착 및 식각에 기여하고 발생한 부산물이 재증착되지 않고 주기적으로 갭 외부로 원활하게 빠져나갈 수 있게 되어 갭필특성을 크게 향상시킬 수 있다. According to the present invention, it is possible to periodically control the energy and partial pressure of ions incident to the opening of the gap by converting and supplying the bias RF power into pulsed RF in the gap fill process. Therefore, the contributions to the deposition and etching and by-products can be smoothly escaped to the outside of the gap periodically without re-deposition, thereby greatly improving the gap fill characteristics.
갭필, HDP CVD, 펄스 Gap Fill, HDP CVD, Pulse
Description
도 1은 일반적인 HDP CVD 장치를 나타낸 도면1 is a view showing a typical HDP CVD apparatus
도 2a 내지 도 2c는 갭필공정에서 보이드가 발생하는 과정을 나타낸 도면2A to 2C are views illustrating a process of generating voids in a gapfill process
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 HDP CVD 장치를 나타낸 도면3 illustrates an HDP CVD apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4는 펄스RF의 파형도4 is a waveform diagram of a pulse RF;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 갭필방법을 나타낸 흐름도5 is a flowchart illustrating a gapfill method according to an embodiment of the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Description of the Related Art [0002]
10,100 : HDP CVD장치 11 : 챔버10,100: HDP CVD apparatus 11: chamber
12 : 기판안치대 13 : 가스인젝터12 substrate holder 13 gas injector
14 : RF안테나 15 : 소스RF전원14: RF antenna 15: source RF power
16 : 소스용 매칭회로 17 : 바이어스 RF전원16
18 : 바이어스용 매칭회로 19 : DC전극18: matching circuit for bias 19: DC electrode
20 : DC전원 30 : 펄스RF20: DC power supply 30: pulse RF
본 발명은 반도체소자의 제조공정 중 갭필(gap-fill) 공정에 관한 것으로서, 특히 갭필 성능을 향상시키기 위해 갭필장치의 기판안치대에 바이어스 RF전력을 펄스로 인가하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a gap-fill (gap-fill) process of the manufacturing process of a semiconductor device, and more particularly to a method for applying a bias RF power to the substrate support of the gap fill device in a pulse to improve the gap fill performance.
최근 반도체소자의 집적도가 증가하여 금속배선의 선폭이나 소자간 간격이 감소함에 따라 소자간 분리막, 금속간 절연막(Inter Metal Dielectric: IMD), 층간 절연막(Inter Layer Dielectric: ILD) 등을 형성할 때 메워야 하는 트렌치나 홀(이하 '갭'이라 함)의 폭이 갈수록 감소하고 있으며, 따라서 갭필공정에 있어서도 갈수록 우수한 공정특성이 요구되고 있다.In recent years, as the integration of semiconductor devices has increased, the line widths and inter-device spacings of metal wirings have decreased, so that they have to be filled when forming inter-device separators, inter-metal dielectrics (IMDs), and inter-layer dielectrics (ILDs). The width of trenches and holes (hereinafter referred to as "gaps") is decreasing gradually, and therefore, even in the gap fill process, excellent process characteristics are required.
갭필은 여러 가지 방법을 통해서 이루어질 수 있으나, 갭의 종횡비(aspect ratio)가 높아짐에 따라 최근에는 고밀도의 플라즈마를 발생시켜 우수한 갭필특성을 구현하는 고밀도 플라즈마 화학기상증착(HDP CVD)법이 주로 이용된다.The gap fill can be achieved through various methods. However, as the aspect ratio of the gap increases, a high density plasma chemical vapor deposition (HDP CVD) method that generates high density plasma and realizes excellent gap fill characteristics is mainly used. .
도 1은 일반적인 HDP CVD 장치(10)의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다. HDP CVD 장치(10)는 일정한 반응공간을 형성하는 챔버(11), 상기 챔버(11)의 내부에 설치되며 기판(w)이 놓여지는 기판안치대(12), 기판안치대(12)의 주변에 대칭적으로 설치되어 공정가스를 분사하는 가스인젝터(13)를 포함한다.1 is a sectional view schematically showing the configuration of a general
챔버(11)는 챔버몸체의 상단에 챔버 내부와 외부를 서로 격리하는 절연체가 결합하여 이루어지며, 챔버(11)의 상부에는 플라즈마 발생원의 역할을 하는 RF안테나(14)가 설치된다.The
RF안테나(14)는 플라즈마를 형성하는 방식에 따라서 용량결합형 전극 또는 유도결합형 전극이 설치될 수 있다. 용량결합형 전극은 전극이 기판안치대(12)를 대향전극으로 설치되고, 유도결합형 전극은 챔버(11)의 외부에 설치되고, 챔버(11)의 내부공간과는 유전체이 개재된다. The
상기 RF안테나(14)는 소스RF전원(15)에 연결된다. 한편 기판안치대(12)에는 기판(w)으로 입사하는 이온의 에너지를 제어하는 바이어스RF전원(17)이 연결된다.The
통상적으로 소스RF전원(15)에는 400KHz, 2MHz, 13.56MHz또는27.12MHz 이상의 주파수가 이용되고, 바이어스RF전원(17)에는 13.56MHz 또는 2MHz이하의 주파수가 이용된다.Typically, a frequency of 400 KHz, 2 MHz, 13.56 MHz, or 27.12 MHz or more is used for the source
소스RF전원(15)과 바이어스RF전원(17)의 선단에는 임피던스를 정합시키기 위한 소스용 매칭회로(16)와 바이어스용 매칭회로(18)가 각각 설치된다.At the ends of the source
한편, 정전기력을 이용하여 기판(w)을 기판안치대(12)에 밀착시키기 위해 기판안치대(12)의 내부에는 텅스텐 등 금속재질의 DC전극(19)이 설치되며, 상기 DC전극(19)은 별도의 DC전원(20)에 연결된다. Meanwhile, in order to closely adhere the substrate w to the
저온 공정에서 기판(w)에 처리하는 경우, 기판안치대(12)에 냉매가 흐르도록 냉각유로(도시하지 않음)을 형성하여 기판(w)의 온도를 저온으로 유지할 수 있다. 기판(w)과 기판안치대(12)의 효율적인 열전달이 되도록 기판(w)의 후면과 기판안치대(12)의 표면에 헬륨(He)가스 등을 공급한다. In the case where the substrate w is processed in a low temperature process, a cooling flow path (not shown) may be formed so that the coolant flows in the substrate support 12 to maintain the temperature of the substrate w at a low temperature. Helium (He) gas or the like is supplied to the rear surface of the substrate w and the surface of the
이러한 HDP CVD장치(10)에서 갭필이 진행되는 과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to the process of gap fill in the
먼저 갭필공정을 수행할 기판(w)을 기판안치대(12)에 안치시키고 챔버(11) 내부로 비반응가스를 분사하는 한편 RF안테나(14)에 소스RF전원(15)을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다. 이때 플라즈마가 안정화되면 가스인젝터(13)를 통해 SiH4, O2 등과 같은 공정가스를 기판안치대(12)의 상부로 분사하는 한편 바이어스RF전원(17)을 온(ON) 시킨다.First, the substrate w, which is to be subjected to the gap fill process, is placed on the
플라즈마가 형성되면 플라즈마와 기판(w)사이에 전위차가 발생하며, 이를 플라즈마의 쉬스(Sheath)영역이라고 한다. 쉬스영역의 전위차에 의해서 전자와의 충돌로 인해 이온 또는 활성종으로 변환된 공정가스가 기판(w)을 향해서 가속되고, 기판안치대(12)에 바이어스RF전원(17)이 인가되면 전위차는 더욱 커지고, 가속된 이온 또는 활성종이 기판(w)에 입사하여 이미 기판(w)에 안착되어 있는 이온 또는 활성종들을 기판(w)으로부터 이탈시킨다. 전체적으로는 식각속도보다 증착속도가 빠르기 때문에 증착이 진행된다. 이때 증착은 주로 활성종에 의하여 이루어지고 식각은 바이어스RF전원(17)에 의하여 가속된 이온이나 전자에 의하여 주로 이루어진다. When the plasma is formed, a potential difference is generated between the plasma and the substrate w, which is called a sheath region of the plasma. When the process gas converted into ions or active species due to the collision of electrons by the potential difference in the sheath region is accelerated toward the substrate w, and the bias
종래의 갭필 공정에서 이와 같이 증착과 식각을 동시에 진행하는 이유는 증착공정 만을 수행하게 되면 갭 내부에 보이드(void)가 빈번하게 발생하기 때문이다. The reason why the deposition and etching are simultaneously performed in the conventional gap fill process is that voids are frequently generated in the gap when only the deposition process is performed.
보이드는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이 갭의 개구부 주변에 증착된 박막이 갭의 입구를 점차 막아버리는 오버행(overhang) 현상으로 인해 미처 갭의 내부가 완전히 메워지기 전에 입구가 막혀버리는 경우에 발생한다.As shown in FIGS. 2A to 2C, the voids are blocked when the inlet is blocked before the inside of the gap is completely filled due to an overhang phenomenon in which the thin film deposited around the opening of the gap gradually blocks the inlet of the gap. Occurs.
따라서 증착을 수행함과 동시에 이온을 가속시켜 개구부 근방에 증착된 박막을 적절히 식각해 내면 개구부 부근의 증착속도를 낮출수 있기 때문에 보이드 없이 갭필을 완료할 수 있다.Therefore, when the deposition is performed and the ions are accelerated to properly etch the thin film deposited in the vicinity of the opening, the deposition rate in the vicinity of the opening can be lowered, thereby completing the gapfill without voids.
그러나 이러한 방법도 최근 소자의 선폭(Critical Dimension)이 점점 더 줄어들면서부터는 기존의 갭필공정으로는 보이드 없이 갭필하는 데에 한계를 보이고 있다. However, this method also shows a limitation in gap gap filling without voids in the existing gap fill process since the critical dimension of the device has been gradually reduced.
이것은 갭의 폭이 줄어듦에 따라 갭의 개구부 부근에서 발생한 식각부산물이 미처 외부로 배출되지 못하고 개구부 부근에 재증착되는 비율이 높아졌기 때문이다. This is because as the width of the gap decreases, the rate of etch by-products generated near the openings of the gap cannot be discharged to the outside and redeposited near the openings.
이와 같이 개구부 부근에서 재증착 비율이 높아지는 것은 기판으로 입사하는 이온 및 전자때문에 갭 개구부 부근의 압력이 갭 내부의 압력보다 높아지고 이로 인하여 부산물이 외부로 빠져나오기 어렵기 때문인 것으로 분석된다.The increase in the re-deposition rate in the vicinity of the opening is analyzed to be because the pressure near the gap opening is higher than the pressure inside the gap due to the ions and electrons incident on the substrate, thereby causing the by-products difficult to escape to the outside.
이러한 이유 때문에 소자의 종횡비(Aspect Ratio)가 증가되는 경우, 증착과 식각을 동시에 수행하여도 갭필할 때 공극이 빈번하게 발생하게 된다.For this reason, when the aspect ratio of the device is increased, voids frequently occur when gap filling is performed even when deposition and etching are performed simultaneously.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 60nm 이하의 미세 선폭 을 가지는 소자에 있어서도 유용하게 적용할 수 있는 갭필방법을 제공하는데 목적이 있다.The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a gap fill method that can be usefully applied to a device having a fine line width of 60 nm or less.
특히 HDP-CVD 공정에서 기판으로 입사하는 이온 및 라디칼의 압력때문에 갭 내부의 부산물이 외부로 배출되지 못하고 재증착되는 현상을 방지하기 위해 갭 개구부 부근의 압력과 이온에너지를 펄스RF로 제어할 수 있는 방법을 제공하는데 목적이 있다In particular, the pressure and ion energy near the gap opening can be controlled by pulse RF to prevent the by-products in the gap from being discharged to the outside due to the pressure of ions and radicals incident on the substrate in the HDP-CVD process. The purpose is to provide a method
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 갭이 형성된 기판을 챔버 내부의 기판안치대에 안치시키는 단계; 상기 챔버 내부로 비반응성 가스를 공급하고, 소스RF전력을 인가하여 상기 기판 상부의 반응공간에 플라즈마를 발생시키는 단계; 상기 반응공간에 증착용 공정가스를 공급하고, 바이어스 RF전력을 펄스RF로 변환하여 상기 기판안치대에 인가하는 단계; 상기 공정가스의 공급과 상기 바이어스 RF전력의 인가를 차단하는 단계; 상기 반응공간의 플라즈마를 소멸시키는 단계;를 포함하는 갭필(Gap-fill) 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of placing the gap formed substrate on the substrate support in the chamber; Supplying a non-reactive gas into the chamber and applying a source RF power to generate a plasma in the reaction space above the substrate; Supplying a deposition process gas to the reaction space, converting a bias RF power into pulsed RF and applying it to the substrate stabilizer; Blocking supply of the process gas and application of the bias RF power; It provides a gap-fill (Gap-fill) method comprising the step of quenching the plasma of the reaction space.
상기 갭필 방법에 있어서, 상기 반응공간에상기 증착용 공정가스를 공급하고, 상기 바이어스 RF전력을 펄스RF로 상기 기판안치대에 인가하는 단계; 상기 반응공간에 상기 증착용 공정가스를 공급하고, 상기 바이어스RF전력을 비펄스RF로 상기 기판안치대 인가하는 단계;를 더 포함한다.The gap fill method comprising: supplying the deposition process gas to the reaction space and applying the bias RF power to the substrate stabilizer as pulse RF; And supplying the deposition process gas to the reaction space and applying the bias RF power to the substrate stabilizer using non-pulse RF.
상기 갭필 방법에 있어서, 상기 반응공간에상기 증착용 공정가스를 공급하 고, 상기 바이어스 RF전력을 비펄스RF로 상기 기판안치대에 인가하는 제1단계; 상기 반응공간에 상기 증착용 공정가스를 공급하고, 상기 바이어스RF전력을 펄스RF로 상기 기판안치대에 인가하는 제2단계; 상기 반응공간에 상기 증착용 공정가스를 공급하고, 상기 바이어스 RF전력을 비펄스RF로 상기 기판안치대에 인가하는 제3단계;를 더 포함힌다.In the gap fill method, the first step of supplying the deposition process gas to the reaction space, and applying the bias RF power to the substrate stabilizer as a non-pulse RF; Supplying the deposition process gas to the reaction space and applying the bias RF power to the substrate stabilizer as pulse RF; And supplying the deposition process gas to the reaction space and applying the bias RF power to the substrate stabilizer as a non-pulse RF.
상기 갭필 방법에 있어서, 상기 갭의 내부에 상기 증착용 공정가스에 의한 증착물이 충진될 때까지 상기 바이어스 RF전력을 펄스RF로 상기 기판안치대에 인가하는 것을 특징으로 한다.In the gap fill method, the bias RF power is applied to the substrate stabilizer as a pulse RF until the deposit by the deposition process gas is filled in the gap.
상기 갭필 방법에 있어서, 상기 바이어스 RF전력을 펄스로 변환하여 상기 기판안치대에 인가하면, 상기 펄스는 상기 기판에 이온이 가속되는 바이어스 RF온단계와 상기 기판에 이온이 가속되지 않는 바이어스 RF 오프단계로 구분되는 것을 특징으로 한다.In the gap fill method, when the bias RF power is converted into a pulse and applied to the substrate stabilizer, the pulse is a bias RF on step in which ions are accelerated to the substrate and a bias RF off step in which ions are not accelerated to the substrate. Characterized in that.
상기 갭필 방법에 있어서, 스퍼터와 증착의 비율인 S/D를0.02 ~ 0.3으로 제어하는 것을 특징으로 한다.In the gap fill method, S / D, which is a ratio of sputtering and deposition, is controlled to 0.02 to 0.3.
상기 갭필 방법에 있어서, 펄스시간은 1초 이내이고 듀티비율이 50%이하이며, S/D비율이 0.05 ~0.2 인 것을 특징으로 한다.In the gap fill method, the pulse time is within 1 second, the duty ratio is 50% or less, and the S / D ratio is 0.05 to 0.2.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일정한 반응공간을 형성하는 챔버; 상기 챔버의 내부에 설치되며, 기판이 놓여지는 기판안치대; 상기 기판안치대의 상부로 공정가스를 분사하는 가스분사수단; 상기 기판안치대의 상부에 설치되는 플라즈마 발생원; 상기 플라즈마 발생원에 임피던스 정합된 RF전력을 공급하는 RF전원; 상기 기판안치대에 임피던스 정합된 바이어스 RF전력을 공급하는 바이어스 RF전원; 상기 기판안치대와 상기 바이어스 RF전원 사이에 연결되는 펄스RF;를 포함하는 갭필 장치를 제공한다.The present invention for achieving the above object is a chamber forming a constant reaction space; A substrate support installed in the chamber and on which a substrate is placed; Gas injection means for injecting a process gas into an upper portion of the substrate stabilizer; A plasma generation source disposed above the substrate stabilizer; An RF power supply for supplying impedance-matched RF power to the plasma generation source; A bias RF power supply for supplying impedance matched bias RF power to the substrate stabilizer; It provides a gap fill device comprising a; pulse RF connected between the substrate support and the bias RF power supply.
상기 갭필 장치에 있어서, 상기 바이어스 RF 전원은 100KHz 내지 30MHz의 RF전력 또는 2 MHz, 13.56 MHz, 27.12 MHz 중에서 선택되는 RF전력을 공급한다.In the gap fill device, the bias RF power supply supplies RF power of 100 KHz to 30 MHz or RF power selected from 2 MHz, 13.56 MHz, and 27.12 MHz.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 HDP CVD장치(100)를 나타낸 것으로서, 종래와 동일한 부분은 도 1과 동일한 부호로 표시하고 중복되는 설명을 생략하기로 한다.3 shows an
본 발명의 실시예에 따른 HDP CVD장치(100)는 기판안치대(12)에 연결되는 바이어스RF전원(17)과 바이어스용 매칭회로(18)의 사이에 바이어스RF전원(17)으로부터 공급되는 신호를 받아 펄스(Pulse)로 변화시키는 펄스RF(30)가 설치된다.
이와 같이 펄스RF(30)를 설치하면 바이어스 RF 전원(17)으로부터 출력되는 RF전력이 펄스로 변환되어 바이어스 매칭회로(18)를 거쳐 기판안치대(12)에 인가된다. When the
바이어스 RF 전원(17)은 기판안치대(12)로 입사하는 이온을 가속하는데 기여한다. 도 4는 펄스RF의 파형도를 나타낸 도면이며, 도4를 참조하면 기판안치대(12)에 인가되는 바이어스 RF전력이 펄스RF(30)에 의해 주기적으로 바이어스 RF 온(On)상태 또는 바이어스 RF오프상태(Off)상태가 된다. 바이어스RF온상태에서는 이온이 순간적으로 가속되어 기판(w)으로 입사하는 이온의 양이 증가하고, 바이어스RF오프상태에서는 이온이 가속되지 않아 기판(w)으로 가속되는 이온의 양이 거의 없게 된다.The bias
바이어스RF온상태에서는 기판(w)의 갭 내부와 개구부에 가속도가 높은 이온이 입사하여 증착과 식각이 활발하게 진행되며, 식각된 부산물로 인해 갭 내부의 입자수가 증가되고, 이는 갭 내부의 압력을 증가시켜 갭 내부로 입사되는 이온의 수를 감소시킨다. 반면 바이어스RF오프상태에서는 기판(w)으로 가속되는 이온의 양이 거의 없고, 갭 개구부의 압력이 낮아져 갭 내부의 부산물이 외부로 배출하게 된다.In the bias RF-on state, highly accelerated ions enter the gap and the opening of the substrate w, and deposition and etching are actively carried out, and the number of particles in the gap increases due to the etched by-products. This increases the number of ions that enter the gap. On the other hand, in the bias RF-off state, there is little amount of ions accelerated to the substrate w, and the pressure in the gap opening is lowered so that by-products in the gap are discharged to the outside.
기판(w)에 형성된 갭에서는 이온의 가속력되는 경우에는 갭 안으로 입사되는 이온의 수도 증가하고, 이온에 의한 식각 부산물이 증가하게 된다. 반면, 이온의 가속력이 없는경우에는 갭 안으로 입사하는 이온의 수도 거의 없고, 갭 내부의 부산물도 생성되지 않는다.In the gap formed on the substrate w, when the ions accelerate, the number of ions incident into the gap increases, and the etching by-products by the ions increase. On the other hand, when there is no acceleration force of the ions, there are almost no ions incident into the gap, and no by-products inside the gap are generated.
갭에 입사하는 이온의 가속력의 변화는 입사하는 이온의 수에 영향을 미치게 되고, 입사하는 이온의 수가 거의 없게 되면 갭 안의 부산물이 갭 밖으로 배출될 수 있는 조건을 형성하게 된다. 즉, 갭의 개구부 부근의 압력이 낮아져서 갭 안의 부산물이 잔류하여 재증착되지 않고 원활히 배출될 수 있게 된다.The change in the acceleration force of the ions incident on the gap affects the number of incident ions, and if there is little number of incident ions, the by-products in the gap form a condition that can be discharged out of the gap. That is, the pressure in the vicinity of the opening of the gap is lowered so that by-products in the gap remain and can be discharged smoothly without redeposition.
이와 같이 부산물이 원활히 배출되면 갭 내부에 재증착되는 비율이 크게 줄어들기 때문에 갭의 개구부 부근에서 박막증착 속도가 감소하여 갭 내부를 메울 수 있는 시간이 그만큼 늘어나므로 공극의 발생을 방지할 수 있다.When the by-products are smoothly discharged as described above, the rate of re-deposition inside the gap is greatly reduced, so that the deposition rate decreases near the opening of the gap, thereby increasing the time to fill the gap, thereby preventing the occurrence of voids.
이하에서는 도 2와 흐름도인 도5을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 HDP CVD장치(100)에서 갭필 공정이 진행되는 과정을 설명한다.Hereinafter, the gap fill process in the
먼저 갭(gap)이 형성되어 있는 기판(w)을 챔버(11) 내부로 반입하여 기판안치대(12)에 안치시킨다. (ST110)First, the substrate w having a gap formed therein is carried into the
이어서 Ar, He, H2 등과 같은 비반응 가스 혹은 O2를 분사하여 챔버(11) 내부를 안정화시킨다. 그리고 챔버 내부의 압력이 일정하게 유지되면 소스RF전원(15)을 온(ON) 시켜 챔버(11) 내부에 플라즈마를 발생시킨다. 이때 인가되는 소스RF전력의 주파수는 수백 KHz 에서 수십 MHz 사이에서 선택되는데 일반적으로는 수백 KHz, 2 MHz, 13.56 MHz 등이며, RF전력의 크기는 공정조건에 따라 다르지만 기판의 면적을 기준으로 대체로 20W/cm2 이하이다. (ST120, ST130)Subsequently, the inside of the
이렇게 형성된 플라즈마가 안정화되면, 가스인젝터(13)를 통해 공정가스를 기판안치대(12)의 상부로 분사하는 한편 바이어스RF전원(17)을 펄스RF로 변환하여 기판안치대(12)에 인가한다. When the plasma thus formed is stabilized, the process gas is injected through the
공정가스의 종류는 증착박막의 종류에 따라 달라지며, 예를 들어 실리콘 산화막의 경우에는 Si을 함유한 가스(예, SiH4), O2, O3 등을 공정가스로 사용한다. 공정가스를 공급하는 도중에는 비반응가스의 공급을 중단할 수도 있고, 유량을 조 절하여 지속적으로 공급할 수도 있다. 바이어스RF전원(17)은 100KHz 내지 30MHz, 바람직하게는 2 MHz, 13.56 MHz, 27.12 MHz 중에서 선택되는 주파수로 제공된다. 공정가스를 공급할 때의 챔버 내부압력은 수 내지 수십mTorr를 유지하는 것이 바람직하며, 필요한 경우 1mTorr 이하의 압력을 유지시킬 수도 있다. The type of process gas depends on the type of deposited thin film. For example, in the case of a silicon oxide film, a gas containing Si (eg, SiH 4 ), O 2 , O 3, or the like is used as the process gas. During the process gas supply, the supply of unreacted gas may be stopped or the flow rate may be adjusted continuously. The bias
바이어스RF전원(17)에서 공급되는 RF전력을 펄스(Pulse)로 제공하면서, 스퍼터(Sputter)와 증착(Deposition)의 총비율인 S/D을 제어하는 것이 중요하다. S/D는 0.02 ~ 0.3 범위내로 제어되어야 하며 이를 적용하고자 하는 두께나 종횡비에 따라 달리 사용한다. 이 범위보다 낮게 사용할 경우 오버행에 의한 공극이 발생할 수 있다. While providing the RF power supplied from the bias
듀티비율(Duty Ratio)은 바이어스RF전원의 온시간/펄스시간(온시간+오프시간)을 의미하며, 듀티비가적을수록 갭필 능력은 증가한다. 본 발명에서는 바이어스 RF전원(17)이 펄스RF로 변환되어 기판안치대(12)에 인가되기 때문에 플라즈마 중의 이온은 주기적으로 가속되거나 거의 가속되지 않는 현상을 반복한다. 따라서 이온이 가속될 때는 기판(w)에 입사하는 이온의 양이 증가하여 증착 및 식각이 활발하게 일어나고, 가속력이 없을 때는 이온의 양이 거의 없어 갭 외부의 압력이 상대적으로 낮아져 갭 내부에 발생한 부산물이 외부로 원활하게 배출하게 된다.Duty ratio refers to the on time / pulse time (on time + off time) of the bias RF power supply. The smaller the duty ratio, the higher the gap fill capability. In the present invention, since the bias
그러나 펄스시간이 2초 이상이고, 듀티비율이 50%이하인 경우 바이어스되지 않은 증착구간이 증가하여 오버행에 의한 공극을 유발할 수 있다. 즉 적합한 구간은 펄스시간이 1초 이내에 듀티비율이 50%이하이며, S/D 비율이0.05 ~ 0.2 구간을 사용하는 것이 갭필 능력을 극대화시킬 수 있도록 제어한다. 이 구간을 사용하여 바이어스되지 않은 증착구간에서 오버행을 방지하며 부산물이 외부로 배출될 수 있는 충분한 시간을 확보할 수 있게 된다.(ST140, ST150)However, if the pulse time is 2 seconds or more and the duty ratio is 50% or less, the unbiased deposition interval may increase, causing voids due to overhang. In other words, the duty cycle is less than 50% within 1 second of the pulse time, and the S / D ratio of 0.05 to 0.2 is used to maximize the gap fill capability. By using this section, it is possible to prevent overhang in the unbiased deposition section and to ensure sufficient time for the by-product to be discharged to the outside. (ST140, ST150)
갭필을 완료한 후에는 공정가스의 공급을 중단하고 바이어스RF(17)을 차단시키고, 소스RF전원(15)의 공급을 중단시켜 플라즈마를 소멸시킨다. 이때까지 비반응가스는 지속적으로 공급될 수 있다.(ST160, ST170) After the gap fill is completed, the supply of the process gas is stopped, the
이어서 비반응가스가 지속적으로 공급되고 있는 상태라면 비반응가스의 공급도 중단시키고, 공정을 마친 기판(w)을 외부로 반출시킨다. (ST180, ST190)Subsequently, if the non-reacted gas is continuously supplied, the supply of the non-reacted gas is also stopped, and the substrate (w) which has been processed is carried out to the outside. (ST180, ST190)
한편 ST140에서 펄스RF(30)의 가동은 증착 초기 갭을 충진시키는 단계만 진행시키고, 갭이 메워지는 높이까지 증착이 이루어진 후에는 바이어스RF전원(17)만을 이용할 수 있다.On the other hand, the operation of the
예를 들어, 증착초기 단계에서는 바이어스RF전력을 펄스로 변환하여 인가하고, 후기단계에는 펄스를 인가하지 않는다. 즉, 증착단계를 펄스단계와 비펄스단계로 나눠서 진행한다.For example, in the initial stage of deposition, the bias RF power is converted into pulses and applied, and the pulses are not applied in the later stages. That is, the deposition step is divided into a pulse step and a non-pulse step.
펄스RF는 갭을 메우기 위해 도입된 방법이므로 갭필이 완료된 이후에는 펄스변환이 진행될 이유가 없기 때문에 적어도 갭이 메워진 이후에는 펄스로 하지 않는 것이 바람직하다.Since the pulse RF is a method introduced to fill the gap, it is preferable not to make a pulse at least after the gap is filled since there is no reason for the pulse conversion to proceed after the gap fill is completed.
또 다른 방법으로는 갭을 메우기 위해 제1단계로 초기에는 갭을 충진시키기가 원활하므로 비펄스RF을 인가하여공정을 진행하고, 제2단계에서는 펄스RF를 공급하여 갭이 충진되는 높이까지 증착하여 갭필를 완료하고, 제3단계에서는 갭필이 이루어진 상태이므로 비펄스RF를 공급하여 공정을 진행한다.In another method, in order to fill the gap, the first step is smoothly filling the gap, so the process is performed by applying the non-pulse RF, and in the second step, the pulse RF is supplied and deposited to the gap filling height. The gap fill is completed, and in the third step, since the gap fill is in a state, the non-pulse RF is supplied to proceed with the process.
제1단계 내지 제3단계의 진행시간은 갭의 구조에 따라 선택적으로 조절한다.The running time of the first to third steps is selectively adjusted according to the structure of the gap.
본 발명에 따르면, 갭필 공정에서 바이어스 RF전력을 펄스로 공급하여 갭의 개구부로 입사하는 이온의 에너지 및 분압을 주기적으로 조절할 수 있다.According to the present invention, in the gap fill process, the bias RF power may be supplied as a pulse to periodically adjust energy and partial pressure of ions incident to the opening of the gap.
따라서 증착 및 식각에 기여하고 발생한 부산물이 재증착되지 않고 주기적으로 갭 외부로 원활하게 빠져나갈 수 있게 되어 갭필특성을 크게 향상시킬 수 있다.Therefore, the contributions to the deposition and etching and by-products can be smoothly escaped to the outside of the gap periodically without re-deposition, thereby greatly improving the gap fill characteristics.
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