KR20010077412A - 산소 캐리어를 이용한 절연막 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 균일한 절연막을 만들기 위해 산소 캐리어를 이용하는 절연막 제조 방법에 관한 것이다. 오존(O₃)과 테트라 에틸 오소 실리케이트(TEOS)를 이용하여 반도체 기판의 표면에 실리콘 산화막을 형성하는 본 발명의 절연막 제조 방법은, 액체의 테트라 에틸 오소 실리케이트를 기화시켜서 테트라 에틸 오소 실리케이트 가스를 생성하는 단계, 산소 가스를 오존 발생장치를 이용하여 분해하고 O₂가스와 O₃가스를 생성하는 단계, 상기 테트라 에틸 오소 실리케이트 가스와 상기 O₃가스 그리고 상기 O₂가스를 함께 반응실로 삽입하는 단계 및 고온 상태하에서 상기 테트라 에틸 오소 실리케이트 가스와 상기 O₃가스와 상기 O₂가스의 혼합 가스가 반응하여 상기 반도체 기판의 표면에 실피콘 산화막을 형성하는 단계를 구비한다. 이와 같은 본 발명의 절연막 제조 방법에 의하면, 절연막의 증착 공정시 산소 가스(O₂)를 캐리어 가스로 사용함으로써 반응 가스 입자간의 충돌 횟수가 증가되어 증착 공정 단계에서의 막질의 균일도를 향상시킬 수 있다.

Description

산소 캐리어를 이용한 절연막 제조 방법{METHOD OF FABRICATING INSULATING LAYER USING OXIDE CARRIER}

본 발명은 반도체 디바이스의 절연막 제조 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 산소 캐리어를 이용하여 균일한 절연막을 만들기 위한 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스를 제조하기 위한 저압 화학 기상 증착 공정(sub-atmosphere chemical vapor deposition) 진행중 소자와 소자사이를 분리(isolation)시키는 대표적인 분리 기법(isolation technology)으로는 STI(shallow trench isolation)와 LOCOS가 있다.

상기 STI는 실리콘 기판에 트렌치를 형성하여 산화막을 증착하고 그 표면을 평탄화해서 트렌치를 메우는 기법으로 활성영역과 비활성영역을 명확히 할 수 있는 장점이 있다. 그리고 상기 LOCOS는 실리콘 기판에 산화막과 질화막을 입혀고 그 위에 다시 PR을 입힌다. 그리고 특정한 공정 처리를 통해서 산화막을 성장시키는 기법이다. 질화막이 있는 부분에서는 산화막이 성장하지 않고 질화막이 없는 부분에서는 산화막이 성장하여 활성영역과 비활성영역을 분리시키는 역할을 한다. 하지만, 상기 LOCOS는 성장한 산화막의 가장자리부분에 경계가 명확하지 않은 단점이 있어서 최근에는 거의 사용하지 않는 기법이다.

상기 STI 기법은 종전의 절연 기법인 LOCOS 기법에 비해서 고집적화를 이루기 위해서 폭은 좁고 깊이는 깊게 디자인 되어 있다. 이렇게 깊게 파인 부분을 산화막인 USG(undoped silicate glass)를 이용하여 메우게 되는데 이를 갭-필(gap-fill)이라 한다. 상기 갭-필 효과를 극대화하기 위해서 고온에서 공정이 진행되게 된다. 고온에서 상기 STI 기법으로 트렌치에 산화막을 증착한 후에는 화학적 기계적 평탄화 공정(chemical mechanical planarization process; CMP process)으로 기판의 표면을 평탄화하게 하는 공정이 진행된다. 고집적화된 반도체 기판을 형성하기 위해서는 층간의 평탄화의 균일도가 무엇보다 중요하다. 그래서 평탄화 공정에서는 적정한 온도와 압력을 조절하게 되는데, 이러한 온도와 압력같은 요소들은 평탄화 공정과 산화막 증착 공정에서 상반되는 영항을 미치는데, 평탄화 공정에 최적하도록 조절하는 경우에는 산화막의 증착 공정이 최적화되지 않고 또한, 산화막의 증착 공정이 최적화되도록 조절하는 경우에는 평탄화 공정이 최적화되지 못하는 문제점이 발생한다. 하지만, 대규모로 반도체 디바이스를 양산하는 생산 라인의 특성상 모든 조건에 맞는 최적화에는 한계가 있으므로 이런 방식을 사용하여 초고집적화된 차세대 반도체 디바이스의 생산 시에는 평탄화 공정의 균일도 혹은 증착율에 한계가 발생하여 양산에 문제점이 발생한다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 절연막 제조 중에 원하는 증착율과 평탄화 공정의 균일도를 동시에 이룰 수 있는 새로운 제조 방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명의 절연막 제조 방법이 적용되는 공정 챔버를 개략적으로 설명하기 위한 도면; 및

도 2는 본 발명의 절연막 제조 방법을 설명하기 위한 제조 공정 상의 레서피를 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 공정 챔버 102 : 반도체 기판

104 : 지지대 106 : 핀

108 : 히터 110 : 가스 혼합실

112 : 제 1 플레이트 114 : 제 2 플레이트

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 목적에 의하면, 오존(O₃)과 테트라 에틸 오소 실리케이트(TEOS)를 이용하여 반도체 기판의 표면에 실리콘 산화막을 형성하기 위한 방법은 액체의 테트라 에틸 오소 실리케이트를 기화시켜서 테트라 에틸 오소 실리케이트 가스를 생성하는 단계, 산소 가스를 오존 발생장치를 이용하여 분해하고 O₂가스와 O₃가스를 생성하는 단계, 상기 테트라 에틸 오소 실리케이트 가스와 상기 O₃가스 그리고 상기 O₂가스를 함께 반응실로 삽입하는 단계 및 고온상태하에서 상기 테트라 에틸 오소 실리케이트 가스와 상기 O₃가스와 상기 O₂가스의 혼합 가스가 반응하여 상기 반도체 기판의 표면에 실피콘 산화막을 형성하는 단계를 구비한다.

이와 같은 본 발명에서, 상기 반응실내로 유입되는 상기 O₂가스의 양은 2000에서 8000 sccm사이이다.

또한, 이와 같은 본 발명에서, 상기 반도체 기판의 표면에 형성되는 실리콘 산화막은, 반응실내의 일정한 압력 조건내에서 유입되는 상기 O₂가스의 양에 비례해서 막질의 균일도가 증가된다.

이와 같은 본 발명의 절연막 제조 방법에 의하면, 절연막의 증착 공정시 산소 가스(O₂)를 캐리어 가스로 사용함으로써 반응 가스 입자간의 충돌 횟수가 증가되어 증착 공정 단계에서의 막질의 균일도를 향상시킬 수 있다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부도면 도 1 내지 도 2에 의거하여 상세히 설명한다.

반도체 기판의 표면상에 박막을 형성하기 위한 방법으로 일반적으로 사용되는 방법의 하나로 화학적 기상 증착법(chemical vapor deposition)이 있다. 상기 화학적 기상 증착법은 가스 상태 물질을 화학 반응시켜 고체 물질로 변형시켜 상기 반도체 기판의 표면상에 증착하는 방법을 말한다. 상기 화학적 기상 증착법은 공정 조건에 따라 원하는 다양한 박막을 얻을 수 있고 또한 고순도의 막질을 성장시키는 것이 가능한 장점이 있다.

도 1을 참조하면, 상기 화학적 기상 증착법으로 상기 반도체 기판의 표면 상에 박막을 증착하기 위한 공정이 공정 챔버(100) 내에서 이루어진다. 상기 공정 챔버(100) 내에는 상기 반도체 기판(102)이 놓여질 상기 반도체 기판 지지대(supporter or stage)(104)가 설치된다. 상기 지지대(104)는 일정한 홀을 구비하여 상기 지지대의 상기 홀에 위치하는 핀(pin)(106)이 상기 지지대(104)를 관통하여 상하 운동이 가능하도록 한다. 상기 핀(106)은 상기 반도체 기판(102)이 상기 공정 챔버(100)의 내부로 로딩(loading)되는 경우에 상승 운동하여 상기 지지대(104)의 상부에서 상기 반도체 기판(102)을 받고, 다시 하강 운동하여 상기 지지대(104)이 표면상에 상기 반도체 기판(102)이 안전하게 놓여지도록 하는 역할을 한다. 상기 지지대(104)의 내부에는 히터(108)가 내장되어 상기 반도체 기판(102)으로 열을 전달하여 상기 반도체 기판(102)이 공정에 적합한 온도를 가지도록 한다. 상기 반도체 기판(102)의 상부에는 상기 반도체 기판에 증착될 반응 가스들이 모이는 가스 혼합실(110)이 구비되어 있다. 상기 반응실(110)로 테트라 에틸 오소 실리케이트(Tetra Ethyl Ortho Silicate; 이하 TEOS라 함.)와 He의 혼합 가스 그리고 O₂와 O₃의 가스가 유입된다. 상기 가스들이 잘 반응할 수 있도록 고온 상태가 이용되고 상기 가스 혼합실(110)에서 서로 충돌하면서 반응하여 생성된 반응물들은 상기 반응물들이 상기 반도체 기판(102) 상에 곧게 떨어질 수 있도록 하기 위해 설치된 제 1 플레이트(112) 및 제 2 플레이트(114)를 지나서 상기 반도체 기판(102) 상에 차례로 적층된다.

이 경우에 본 발명의 균일한 절연막을 제조하기 위한 절연막 제조 방법은 종래와는 달리 상기 가스 혼합실(110) 내로 O₃뿐만 아니라 O₂도 유입시킨다. 종래에는 단지 증착 공정의 이전에 상기 공정 챔버(100)의 내부 조건을 맞추어 주기 위해서 O₂를 유입했지만, 본 발명의 절연막 제조 방법에서는 증착 공정의 단계에서도 O₂를 반응실내로 유입시켜 상기 TEOS와 반응하는 O₃가 O₃와 O₂의 혼합 가스로써 반응하게 한다. 이로 인해 O₃가스인 경우보다 유동성이 좋아진 혼합 가스는 종래보다 상기 TEOS와 충돌하는 횟수가 많아지고 반응이 더 잘 진척되어 종래보다 많은 양이 골고루 제 1 플레이트에 분산되는 결과를 가져온다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 도 2에 도시된 것처럼, 증착 공정에서 O₂를 약 4000 sccm 정도로 하여 상기 반응실 내로 유입시켜 공정을 진행시켜 보았다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 4000 sccm 정도를 사용했지만, 공정 조건에 따라서 약 2000에서 8000 sccm 정도에서 공정 조건에 맞도록 자유롭게 선택하는 것이 가능하다. 또한, 일정한 압력 조건을 가진 경우에는 상기 O₂가스의 양을 높이면 높일 수록 상기 막질의 균일도가 향상되는 것으로 실험의 결과가 나타났다. 일정한 압력 조건일 경우, 예를 들어 600 Torr의 정도에서는 2000 sccm의 O₂가스를 유입시켜 공정을 진행한 경우에 막질의 균일도가 1.6 그리고 동일한 압력 조건에서 4000 sccm의 O₂가스를 유입시켜 공정을 진행한 경우에 막질의 균일도가 1.0으로 측정되었다. 그러므로 일정한 압력 조건일 경우에는 유입되는 상기 O₂의 양이 많을 수록 생성되는 막질의 균일도를 높일 수 있다.

물론 압력을 증가 혹은 감소시키거나 공정 챔버 내부의 온도를 일정하게 유지시키지 않고 다양하게 변화시키면서 공정을 진행하는 경우에도 증착 공정 단계에서 상기 O₂가스를 함께 유입시켜 반응시키는 공정이라면 본 발명의 범주에 둘 수 있다.

이와 같은 본 발명의 절연막 제조 방법에 의하면, 절연막의 증착 공정시 산소 가스(O₂)를 캐리어 가스로 사용함으로써 반응 가스 입자간의 충돌 횟수가 증가되어 증착 공정 단계에서의 막질의 균일도를 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 오존(O₃)과 테트라 에틸 오소 실리케이트(TEOS)를 이용하여 반도체 기판의 표면에 실리콘 산화막을 형성하기 위한 방법에 있어서:

   액체의 테트라 에틸 오소 실리케이트를 기화시켜서 테트라 에틸 오소 실리케이트 가스를 생성하는 단계;

   산소 가스를 오존 발생장치를 이용하여 분해하고 O₂가스와 O₃가스를 생성하는 단계;

   상기 테트라 에틸 오소 실리케이트 가스와 상기 O₃가스 그리고 상기 O₂가스를 함께 반응실로 삽입하는 단계; 및

   고온 상태하에서 상기 테트라 에틸 오소 실리케이트 가스와 상기 O₃가스와 상기 O₂가스의 혼합 가스가 반응하여 상기 반도체 기판의 표면에 실피콘 산화막을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 표면에 실리콘 산화막을 형성하기 위한 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 반응실내로 유입되는 상기 O₂가스의 양은 2000에서 8000 sccm사이인 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 표면에 실리콘 산화막을 형성하기 위한 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 반도체 기판의 표면에 형성되는 실리콘 산화막은, 반응실내의 일정한 압력 조건내에서 유입되는 상기 O₂가스의 양에 비례해서 막질의 균일도가 증가되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 표면에 실리콘 산화막을 형성하기 위한 방법.