KR20030023964A

KR20030023964A - 리모트 플라즈마를 이용하는 ｃｃｐ형 ｐｅｃｖｄ장치

Info

Publication number: KR20030023964A
Application number: KR1020010056735A
Authority: KR
Inventors: 장근하
Original assignee: 주성엔지니어링(주)
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2003-03-26
Also published as: KR100441297B1

Abstract

CCP형 전극을 반응공간 중간에 두어 플라즈마 영역을 두 군데로 분리함으로써 종래의 평판 샤워헤드 CCP형 PECVD 장치의 문제점과 리모트 플라즈마 사용시의 문제점을 해결할 수 있는 PECVD 장치를 제공한다. 반응가스 라디칼이 2차 플라즈마 영역에서 형성된다면 종래와 마찬가지로 기판이 반응가스 라디칼에 의하여 손상을 받게되지만, 본 발명의 경우에는 반응가스 라디칼을 1차 플라즈마 영역에서 형성시킨 후 2차 플라즈마 영역에 도달하게 시키기 때문에 기판에 손상을 주는 반응가스 라디칼의 양이 적어지게 된다. 그리고, 본질적으로는 평판 샤워헤드 CCP형 PECVD 장치이기 때문에 대면적에 균일한 증착을 할 수 있으며, 플라즈마가 있는 2차 플라즈마 영역에서 박막증착이 이루어지기 때문에 성막속도도 빨라 생산성이 향상된다.

Description

리모트 플라즈마를 이용하는 ＣＣＰ형 ＰＥＣＶＤ장치{Remote plasma-Assisted CCP type PECVD apparatus}

본 발명은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장치에 관한 것으로서, 특히 리모트 플라즈마를 이용하는 CCP(Capacitively Coupled Plasma)형 PECVD 장치에 관한 것이다.

반도체소자나 LCD 판넬 제작 시 실리콘(a-Si:H 계열)이나 SiNx, SiO2 등의 실리콘 화합물을 성막함에 있어서 낮은 온도에서 균일하고도 빠른 성막속도를 얻기 위하여 PECVD 공정을 많이 이용한다.

PECVD 장치 중에서 대표적인 것이 평판 샤워헤드(showerhead)를 이용하는 CCP형 PECVD 장치이다. 평판 샤워헤드 CCP형 PECVD 장치는 대면적에 균일하면서도 빠른 속도로 박막을 형성시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다.

그러나, 플라즈마 내에서 반응물들의 분해와 기판에의 증착이 함께 일어나고, 고밀도 플라즈마를 얻기 어렵고, 라디칼(radical) 생성이 너무 급격하게 이루어지고, 기상(gas phase)에서 과다한 반응(excessive reaction)이 일어나기 때문에, 박막증착시에 조성제어가 어렵다는 단점이 있다. 또한, 활성화된 이온이나 라디칼이 기판에 부딪히기 때문에 이온 충돌(ion bombardment)에 의하여 기판이 많이 손상된다는 단점도 있다. 그리고, 실리콘 기반(silicon base)의 박막을 증착하기 위해서 주로 SiH4 계열의 기체를 사용하는데, 이때 필름 내에 다량의 수소가 함유되어 필름특성이 저하되는 단점도 있다.

한편, PECVD 장치 중에서는 리모트 플라즈마를 이용하는 것이 있는데, 이 경우에는 기판이 플라즈마 영역과 떨어져 있어서 기판이 손상을 입거나 기체 상태에서 과다한 반응이 일어나는 것을 방지할 수는 있다. 그러나, 대면적에 균일한 박막을 형성하는데는 적합하지 않다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, CCP형 전극을 반응공간 중간에 두어 플라즈마 영역을 두 군데로 분리함으로써 종래의 평판 샤워헤드 CCP형 PECVD 장치의 문제점과 리모트 플라즈마 사용시의 문제점을 해결할 수 있는 PECVD 장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 PECVD 장치를 설명하기 위한 개략도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 >

10: 반응챔버 12: 챔버몸체

14: 챔버덮개 20: 샤워헤드

32: 제1 관통구 32: 제2 관통구

37: 외부 고주파 전원 42: 절연체

50: 백 플레이트 62: 제1 가스주입부

64: 제2 가스주입부 70: 확산기

80: 배기관 90: 기판 지지대

92: 기판

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 PECVD 장치는, 외부와 차단되는 반응공간을 제공하는 반응챔버; 상기 반응공간을 상하로 양분하도록 수평하게 설치되며, 자신의 내부에는 공동이 마련되어 있으며, 상기 상부반응공간과 상기 하부반응공간을 서로 연결하되 상기 공동과는 서로 연결되지 않는 제1관통구 및 상기 공동과 상기 하부반응공간을 연결하도록 자신의 저면에 형성되는 제2 관통구를 가지며, 외부로부터 고주파 전력을 인가받되, 상기 반응챔버와는 전기적으로 연결되지 않는 금속재질의 샤워헤드; 상기 상부반응공간에 위치하여 상기 샤워헤드를 덮되, 자신과 상기 샤워헤드 사이에는 밀폐공간을 형성시키며 접지되거나 고주파 전력을 인가받는 백 플레이트; 상기 백 플레이트와 상기 샤워헤드 사이의 밀폐공간에 공정가스를 공급하기 위한 제1 가스주입부; 상기 샤워헤드의 내부공동에 공정가스를 공급하기 위한 제2 가스주입부; 및 기판을 수평안착시키기 위하여 상기 하부 플라즈마 영역에 설치되며 접지되는 기판 지지대를 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 백 플레이트와 상기 샤워헤드 사이의 밀폐공간을 상하로 분할하도록 확산기를 수평하게 설치할 수도 있다. 이때, 상기 제1 가스주입부에 의해 공급되는 공정가스는 상기 확산기의 상부공간에 공급된다.

상기 제1 가스주입부를 통해서 공급되는 가스는 반응가스이고, 상기 제2 가스주입부를 통해서 공급되는 가스는 원료가스인 것이 바람직하다.

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

도 1을 참조하면, 반응챔버(10)는 외부와 차단되는 반응공간을 제공하며 챔버몸체(12)와 챔버덮개(14)로 이루어진다.

샤워헤드(20)는 챔버덮개(14)의 돌출부에 걸쳐져서 상기 반응공간을 상하로 양분하도록 수평하게 설치된다. 샤워헤드(20)의 제1 관통구(32)와 제2 관통구(34)를 갖으며, 내부에는 공동(A)이 마련된다. 제1 관통구(32)는 상기 상부반응공간과 상기 하부반응공간을 서로 연결하도록 샤워헤드(20)를 수직관통하도록 형성되는데, 공동(A)과는 연결되지 않는다. 제2 관통구(34)는 공동(A)과 상기 하부반응공간을 연결하도록 샤워헤드(20)의 저면에 형성된다.

기판(92)을 수평안착시키기 위한 기판 지지대(90)는 상기 하부반응공간에 설치되며 접지된다. 상기 반응공간 내의 가스는 반응챔버(10)의 저면에 설치되는 배기관(80)을 통하여 배기된다.

백 플레이트(backing plate, 50)는 샤워헤드(20)를 덮도록 설치되는데, 샤워헤드(20)와 백 플레이트(50) 사이에 밀폐공간이 형성되도록 설치된다. 백 플레이트(50)는 접지되며, 경우에 따라서는 고주파 전력을 인가받을 수도 있다.

샤워헤드(20)는 금속재질로 이루어지며, 외부 고주파 전원(37)으로부터 고주파 전력을 인가받는다. 샤워헤드(20)가 챔버덮개(14) 및 백 플레이트(50)와 전기적으로 연결되지 않도록 샤워헤드(20)와 챔버덮개(14)가 접촉하는 부분, 샤워헤드(20)와 백 플레이트(50)가 접촉하는 부분에는 절연체(42)가 개재된다.

제1 가스주입부(62)는 백 플레이트(50)와 샤워헤드(20) 사이의 밀폐공간에 반응가스를 공급할 수 있도록 챔버덮개(14)와 백 플레이트(50)를 관통하여 설치된다. 제2 가스주입부(64)는 샤워헤드(20)의 내부공동(A)에 원료가스를 공급할 수 있도록 설치된다.

여기서, 원료가스라 함은 형성하고자 하는 박막의 주성분을 포함하는 가스를 말하며, 반응가스는 플라즈마를 형성을 위한 기체나 부수적 반응을 위한 가스를 말한다. 예컨대, 실리콘 산화막을 형성할 경우에는 O2 가 반응가스가 되고 SiH4가 원료가스가 된다. 그리고, 실리콘 질화막 형성시에는 NH3, N2가 반응가스가 되고 SiH4가 원료 Gas가 되며, 비정질 실리콘막 형성시에는 H2가 반응가스가 되고 SiH4가 원료가스가 된다.

확산기(70)는 백 플레이트(50)와 샤워헤드(20) 사이의 밀폐공간을 상하로 분할하도록 수평하게 설치되며 접지된다. 이하에서는 확산기(70)와 샤워헤드(20) 사이의 밀폐공간을 '1차 플라즈마 영역'이라고 하고, 상기 하부반응공간을 '2차 플라즈마 영역'이라고 한다.

확산기(70)에는 미세 관통홀 복수개가 균일하게 분포하도록 형성되어 있어서, 제1 가스 주입부(62)를 통해서 공급된 반응가스는 1차 플라즈마 영역에 균일하게 분사되어 여기서 1차 플라즈마가 형성된다. 1차 플라즈마는 제1 관통구(32)를 통하여 2차 플라즈마 영역으로 인도된다.

제2 가스주입부(64)를 통해서 샤워헤드(20)의 내부공동(A)으로 공급되는 원료가스는 제2 관통구(34)를 통하여 2차 플라즈마 영역으로 분사되며, 분사된 원료가스는 제1 관통구(32)를 통하여 2차 플라즈마 영역으로 인도되는 1차 플라즈마의 도움을 받아 2차 플라즈마를 형성하게 된다.

확산기(70)와 샤워헤드(20) 사이의 거리를 적절히 조절함으로써 1차 플라즈마 영역에서의 원활한 플라즈마 발생(ignition)을 유도할 수 있다. 그리고, 반응가스와 함께 He이나 Ar 등의 기체를 주입하여, 플라즈마 발생을 돕고 반응가스 라디칼의 라이프 타임(life time)을 증가시킴으로써, 2차 영역까지 반응가스 라디칼이 원활히 도달하게 할 수 있다.

반응가스 라디칼이 2차 플라즈마 영역에서 형성된다면 종래와 마찬가지로 기판(92)이 반응가스 라디칼에 의하여 손상을 받게되지만, 본 발명의 경우에는 반응가스 라디칼을 1차 플라즈마 영역에서 형성시킨 후 2차 플라즈마 영역에 도달하게 시키기 때문에 기판에 손상을 주는 반응가스 라디칼의 양이 적어지게 된다.

또한, 일반적으로 반응가스가 원료가스보다 플라즈마화되기 어려운데, 본 발명의 경우에는 반응가스가 1차 플라즈마 영역 및 2차 플라즈마 영역에서 해리되기 때문에 우수한 박막특성을 얻을 수 있다.

그리고, 본질적으로는 평판 샤워헤드 CCP형 PECVD 장치이기 때문에 대면적에 균일한 증착을 할 수 있으며, 플라즈마가 있는 2차 플라즈마 영역에서 박막증착이 이루어지기 때문에 성막속도도 빨라 생산성이 향상된다.

한편, 기상상태에서의 과다한 반응을 방지할 수 있고, 원료가스로 SiH4를 사용할 경우에는 성막에 기여하는 전구체(precursor)인 SiH3 라디칼의 양을 증가시켜 주로 기판과의 표면반응을 유도하기 때문에, 치밀하고 수소함유량이 적은 양질의 실리콘기반(silicon base)의 박막을 형성시킬 수 있다.

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

Claims

외부와 차단되는 반응공간을 제공하는 반응챔버;

상기 반응공간을 상하로 양분하도록 수평하게 설치되며, 자신의 내부에는 공동이 마련되어 있으며, 상기 상부반응공간과 상기 하부반응공간을 서로 연결하되 상기 공동과는 서로 연결되지 않는 제1관통구 및 상기 공동과 상기 하부반응공간을 연결하도록 자신의 저면에 형성되는 제2 관통구를 가지며, 외부로 부터 고주파 전력을 인가받되, 상기 반응챔버와는 전기적으로 연결되지 않는 금속재질의 샤워헤드;

상기 상부반응공간에 위치하여 상기 샤워헤드를 덮되, 자신과 상기 샤워헤드 사이에는 밀폐공간을 형성시키며 접지되거나 고주파 전력을 인가받는 백 플레이트;

상기 백 플레이트와 상기 샤워헤드 사이의 밀폐공간에 공정가스를 공급하기 위한 제1 가스주입부;

상기 샤워헤드의 내부공동에 공정가스를 공급하기 위한 제2 가스주입부; 및

기판을 수평안착시키기 위하여 상기 하부 플라즈마 영역에 설치되며 접지되는 기판 지지대를 구비하는 것을 특징으로 하는 PECVD 장치.
제1항에 있어서, 상기 백 플레이트와 상기 샤워헤드 사이의 밀폐공간을 상하로 분할하도록 수평하게 설치되는 확산기를 구비하고, 상기 제1 가스주입부에 의해 공급되는 공정가스는 상기 확산기의 상부공간에 공급되는 것을 특징으로 하는PECVD 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 가스주입부를 통해서 공급되는 가스는 반응가스이고, 상기 제2 가스주입부를 통해서 공급되는 가스는 원료가스인 것을 특징으로 하는 PECVD 장치.