KR20020021872A - 부도체로 이루어진 샤워헤드를 구비하는 ｈｄｐㅡｃｖｄ장치 - Google Patents

Abstract

부도체로 이루어진 샤워헤드를 구비하는 HDP-CVD 장치에 관하여 개시한다. 본 발명은, 반응공간을 제공하며 기체 배출구가 마련되는 반응챔버와; 상기 반응챔버 상부 외측벽에 설치되는 ICP 코일 안테나와; 상기 반응챔버 내에 설치되어지며 웨이퍼가 수평 안착되어지는 서셉터와; 상기 서셉터 상부로 기체를 분출하도록 상기 서셉터와 대향하여 상기 서셉터 상부에 수평 설치되며 부도체로 이루어지는 평판형 샤웨헤드와; 상기 샤워헤드에 연결되어 상기 샤워헤드에 기체를 공급하는 기체 주입관을 구비하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 기체배출구는 상기 평판형 샤워헤드에 대향하도록 상기 반응챔버의 저면에 설치되는 것이 바람직하다. 본 발명에 의하면, 부도체로 이루어진 평판형 샤워헤드가 반응챔버의 상부에 수평 설치되기 때문에, 갭 필링에 있어서, HDP 내에 존재하는 양이온들의 수직방향으로의 큰 운동성과 HDP-CVD 특유의 갭 필링 특성이라는 두가지 요소가 모두 가미되어 우수한 갭 필링 특성을 얻을 수 있게 된다.

Description

부도체로 이루어진 샤워헤드를 구비하는 ＨＤＰㅡＣＶＤ 장치 {HDP-CVD apparatus having an insulating showerhead}

본 발명은 HDP-CVD 장치에 관한 것으로서, 특히 부도체로 이루어진 샤워헤드를 구비하는 HDP-CVD 장치에 관한 것이다.

반도체 소자의 고집적화가 진행되면서, 높은 종횡비(aspect ratio)를 갖는 갭(gap)을 공극(void) 없이 CVD 절연막으로 채우는 것이 점점 어려워지고 있다. 이러한 갭은 STI(Shallow Trench Isolation) 공정이나 IMD(Inter-metallic Dielectric) 형성공정 등에서 많이 등장한다.

도 1은 종래의 PECVD 방법에 의한 갭 필링 방법을 설명하기 위한 단면도로서, 기판(10) 상의 도전막 패턴(20a) 사이에 형성되는 갭을 절연물로 채우는 경우를 설명하기 위한 것이다. 절연막(30)은 갭의 내측벽보다 입구 모서리에서 더 빨리 성장하기 때문에 갭이 완전히 채워지기 전에 갭의 입구가 막히게 된다. 따라서, 갭이 절연물로 완전히 채워지지 못하고 공극(A)이 생기게 된다. 이러한 현상은 갭의 종횡비(aspect ratio)가 증가할수록 더욱 현저하게 나타난다.

이러한 문제는 HDP-CVD(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition) 방법으로 절연막(30)을 증착함으로써 획기적으로 해결할 수 있다. 도 2는 종래의 HDP-CVD 방법에 의한 갭 필링 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 도면에 있어서, 도 1과 동일한 참조번호는 동일 기능을 수행하는 구성요소를 나타내며 반복적인 설명은 생략한다.

HDP에는 양이온이 1×10¹¹∼2×10¹²이온/㎝³정도의 매우 높은 밀도로 존재한다. 따라서, 절연막(30)이 증착됨과 동시에 증착된 절연막(30)이 플라즈마에 존재하는 양이온들에 의해 스퍼터링되어 식각되는 현상이 발생한다. 절연막(30)의 모서리 부분에서 45°방향으로 식각되는 속도가 다른 곳에 비해 훨씬 빠르기 때문에, 절연막(30)의 모서리는 약 45°기울어진 경사면(B)으로 변한다. 따라서, 절연막(30)의 증착공정을 더욱 진행하게 되면 통상의 PECVD에 의한 경우와 달리 갭이 공극없이 채워지게 된다.

이러한 HDP는 진공챔버를 둘러싸는 ICP 코일 안테나에 단일 주파수 대역의 고주파 전력 또는 여러 주파수 대역의 고주파 전력을 적절히 인가함으로써 형성시킬 수 있다. 이렇게 형성된 플라즈마를 ICP(inductively coupled plasma)라고 한다.

샤워헤드 방식을 채용하는 통상의 PECVD와는 달리 종래의 HDP-CVD 장치는 도 3에 도시된 바와 같이 반응챔버의 측면에 설치되는 인젝터(40)를 통하여 반응챔버 내에 기체가 주입되도록 설계된다. 인젝터(40)를 사용할 경우에는 거의 음속에 가까운 속도로 인젝터(40)를 통하여 기체가 분사되기 때문에 기체는 기판(10)에 대해 수평방향으로 주로 흐르게 되고 수직방향으로는 매우 미약하게 흐르게 된다. 갭을 실리콘 산화물로 채울 경우 인젝터(40)를 통하여 SiH₄기체를 주입하게 되는데, 이 때 SiH₄기체가 수평방향으로 주로 흐르기 때문에 SiH₄기체가 갭의 저면까지 도달할 확률이 적어지게 되어 공극의 발생없이 갭을 실리콘 산화물로 채울 수가 없게된다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 기체를 윗방향에서 아랫방향으로 공급하면서 고밀도 플라즈마를 형성시킴으로써 갭 필링 효율을 증가시킬 수 있는 HDP-CVD 장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 PECVD 방법에 의한 갭 필링 방법을 설명하기 위한 단면도;

도 2 및 도 3은 종래의 HDP-CVD 방법에 의한 갭 필링 방법을 설명하기 위한 단면도;

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 HDP-CVD 장치를 설명하기 위한 개략도들이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 >

10: 기판 20a: 도전막 패턴

30: 절연막 40: 인젝터

110: 웨이퍼 115: 서셉터

120: 반응챔버 130: TMP(turbo-molecular pump)

140: 샤워헤드 150: ICP 코일 안테나

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 HDP-CVD 장치는, 반응공간을 제공하며 기체 배출구가 마련되는 반응챔버와; 상기 반응챔버 상부 외측벽에 설치되는 ICP 코일 안테나와; 상기 반응챔버 내에 설치되어지며 웨이퍼가 수평 안착되어지는 서셉터와; 상기 서셉터 상부로 기체를 분출하도록 상기 서셉터와 대향하여 상기 서셉터 상부에 수평 설치되며 부도체로 이루어지는 평판형 샤웨헤드와; 상기 샤워헤드에 연결되어 상기 샤워헤드에 기체를 공급하는 기체 주입관을 구비하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 기체배출구는 상기 평판형 샤워헤드에 대향하도록 상기 반응챔버의 저면에 설치되는 것이 바람직하다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 HDP-CVD 장치를 설명하기 위한 개략도들이다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 반응챔버(120)는 밀폐된 반응공간을 제공한다. 반응챔버(120) 내에는 서셉터(115)가 설치되며, 웨이퍼(110)는 서셉터(115) 상에 수평 안착되어진다. 본 발명의 서셉터(115)는 정전 척 어셈블리(electro-static chuck assembly)로 이루어진다. 평판형 샤워헤드(140)는 서셉터(115)와 대향하여 서셉터(115) 상부에 수평 설치되며, 도시되지는 않았지만 기체 주입관이 평판형 샤워헤드(140)에 연결되도록 설치된다. 그리고, 반응챔버(120)의 상부 외측벽에는 ICP 코일 안테나(150)가 설치된다.

기체 주입관을 통하여 외부로부터 평판형 샤워헤드(140)로 공급되는 기체는 평판형 샤워헤드(140)에 형성되어 있는 복수개의 분사공을 통하여 수직한 방향으로 웨이퍼(110) 상부에 분사되게 되고 이렇게 반응챔버(120) 내에 분사된 기체는 ICP 코일 안테나(150)에 인가되는 고주파 전력에 의하여 플라즈마 상태로 변하게 된다. 따라서, HDP 내에 존재하는 양이온들은 주로 수직한 방향으로 움직이게 된다.

한편, 평판형 샤워헤드(140)를 통하여 반응챔버(120) 내에 공급된 기체는 TMP(turbo-molecular pump, 130)에 의해 외부로 배출되게 되는데, 수직한 방향으로의 기체 운동성이 그대로 유지되도록 TMP(130)는 평판형 샤워헤드(140)와 대향하게 반응챔버(120)의 저면에 설치되는 것이 바람직하다.

종래의 PECVD 장치는 샤워헤드가 플라즈마 전극의 역할을 동시에 수행하기 때문에 알루미늄과 같은 금속재질로 샤워헤드를 만들었다. 그러나, HDP-CVD 장치의 경우는 플라즈마 전극 역할을 하는 ICP 코일 안테나(150)가 반응챔버(120)의 상부 외측벽에 설치되기 때문에, 종래의 PECVD 장치와 같이 평판형 샤워헤드(140)를 금속재질로 만들게 되면, ICP 코일 안테나(150)에서 공급되는 고주파 전력이 평판형샤워헤드(140)에 의해서 차단되게 된다. 이렇게 되면, HDP가 발생되지 않게 되어 종횡비가 큰 갭을 공극없이 메울수가 없게 된다. 따라서, 평판형 샤워헤드(140)는 종래의 PECVD장치의 경우와 달리 세라믹과 같은 부도체로 만들어야 한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 HDP-CVD 장치에 의하면, 부도체로 이루어진 평판형 샤워헤드(140)가 반응챔버(140)의 상부에 수평 설치되기 때문에, 갭 필링에 있어서, HDP 내에 존재하는 양이온들의 수직방향으로의 큰 운동성과 HDP-CVD 특유의 갭 필링 특성이라는 두가지 요소가 모두 가미되어 우수한 갭 필링 특성을 얻을 수 있게 된다.

본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (4)

1. 반응공간을 제공하며 기체 배출구가 마련되는 반응챔버와;

   상기 반응챔버 상부 외측벽에 설치되는 ICP 코일 안테나와;

   상기 반응챔버 내에 설치되어지며 웨이퍼가 수평 안착되어지는 서셉터와;

   상기 서셉터 상부로 기체를 분출하도록 상기 서셉터와 대향하여 상기 서셉터 상부에 수평 설치되며 부도체로 이루어지는 평판형 샤웨헤드와;

   상기 샤워헤드에 연결되어 상기 샤워헤드에 기체를 공급하는 기체 주입관을 구비하는 것을 특징으로 하는 HDP-CVD 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 부도체가 세라믹인 것을 특징으로 하는 HDP-CVD장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 기체배출구가 상기 평판형 샤워헤드에 대향하도록 상기 반응챔버의 저면에 설치되는 것을 특징으로 하는 HDP-CVD 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 서셉터가 정전 척 어셈블리로 이루어진 것을 특징으로 하는 HDP-CVD 장치.