KR20050050763A - Apparatus of high density plasma deposition including collimator - Google Patents

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Abstract

콜리메이터를 구비하는 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치를 제공한다. 이 장치는, 반응 챔버; 상기 반응 챔버 내에 위치하는 돔; 상기 돔 아래의 상기 반응챔버 내에 위치하는 정전척; 상기 돔과 상기 정전척 사이에 위치하는 콜리메이터; 상기 돔의 외주면에 감겨진 코일; 및 상기 콜리메이터 및 상기 정전척 상측 공간에 위치하는 소스 가스 공급부를 포함한다. Provided is a high density plasma chemical vapor deposition apparatus having a collimator. The apparatus includes a reaction chamber; A dome located in the reaction chamber; An electrostatic chuck located in the reaction chamber below the dome; A collimator positioned between the dome and the electrostatic chuck; A coil wound around an outer circumferential surface of the dome; And a source gas supply unit located in the collimator and the electrostatic chuck upper space.

Description

콜리메이터를 구비하는 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치{Apparatus of high density plasma deposition including collimator} High density plasma chemical vapor deposition apparatus having a collimator {Apparatus of high density plasma deposition including collimator}

본 발명은 반도체 소자 제조 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콜리메이터를 구비하는 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to the field of semiconductor device manufacturing, and more particularly, to a high density plasma chemical vapor deposition apparatus having a collimator.

일반적으로 반도체 소자의 고집적화에 따라서 점점 더 작은 임계치수(Critical Domension) 및 높은 종횡비(Aspect ratio)를 갖는 구조 상에 막을 형성하는 것이 요구되고 있다. 반도체 소자의 제조공정에서 발생한 단차를 평탄화하기 위해 사용되는 물질은 BPSG(borophospho silicate glass)막, O3-TEOS막, 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition,이하 'CVD'라 칭함) 방식으로 형성된 USG(undoped silicate glass), O3-TEOS 및 고밀도 플라즈마(High Density Plasma, 이하 HDP라 약칭함) CVD막 등이 있다. 디자인 룰(Design Rule)이 0.25㎛ 이하의 반도체 소자를 제조하는 과정에서 발생한 단차를 채우는(Gap Fill) 물질로 사용되는 박막은 BPSG막, O3-TEOS막 및 HDP CVD막 등이 있으나, 이중에서 열적 부담 (ThermalBudget)이나 자기정렬(Self Align Contact, SAC) 관점에서 가장 선호되고 있는 막질은 HDP CVD막이다.In general, as the integration of semiconductor devices increases, it is required to form a film on a structure having an increasingly smaller critical dimension and a higher aspect ratio. Materials used to planarize the steps generated in the manufacturing process of semiconductor devices include BPSG (borophospho silicate glass) film, O 3 -TEOS film, and USG formed by chemical vapor deposition (hereinafter, referred to as CVD). undoped silicate glass), O 3 -TEOS, and High Density Plasma (HDP) CVD films. Thin films used as a gap fill material in the process of manufacturing a semiconductor device having a design rule of 0.25 μm or less include BPSG film, O 3 -TEOS film, and HDP CVD film. The most preferred film quality in terms of thermal burden or self alignment contact (SAC) is an HDP CVD film.

도 1을 참조하면, 종래의 HDP CVD 장치(10)는 반응 챔버(11) 및 상기 반응 챔버(11) 내에 위치하는 돔(12)을 포함한다. 상기 돔(12)의 하부에는 웨이퍼가 안착되는 정전척(13)이 구비되고, 돔(12)의 외주면으로는 코일(14)이 권선된다. 상기 정전척(13)의 상측 공간에는 가스 공급부(15)가 마련된다. 상기 반응 챔버(10)에는 하나 이상의 진공펌프(16a, 16b)가 연결된다. 반응챔버(10)와 진공펌프(16a, 16b) 사이에는 게이트 밸브(gate valve)(17a, 17b)가 위치한다.Referring to FIG. 1, a conventional HDP CVD apparatus 10 includes a reaction chamber 11 and a dome 12 located in the reaction chamber 11. The lower portion of the dome 12 is provided with an electrostatic chuck 13 on which a wafer is seated, and a coil 14 is wound around the outer circumferential surface of the dome 12. The gas supply unit 15 is provided in the upper space of the electrostatic chuck 13. One or more vacuum pumps 16a and 16b are connected to the reaction chamber 10. Gate valves 17a and 17b are positioned between the reaction chamber 10 and the vacuum pumps 16a and 16b.

상기 정전척(13)과 돔(12)의 코일(14)에는 각각 RF 파워가 인가된다. 즉, 상기 가스 공급부(15)를 통하여 반응 챔버(10)의 내부로 소스 가스가 분사되도록 하면서 정전척(13)과 돔(12)의 외주면으로 구비된 코일(14)을 통해 각각 RF 파워를 인가하면 정전척(13)과 돔(12)간 공간에는 소스 가스의 화학적인 반응에 의해 플라즈마가 형성된다. 이에 따라 소스 가스는 이온 상태로 웨이퍼 상에 도달하여 막의 증착이 이루어진다.RF power is applied to the electrostatic chuck 13 and the coil 14 of the dome 12, respectively. That is, while the source gas is injected into the reaction chamber 10 through the gas supply unit 15, RF power is applied through the coil 14 provided as the outer circumferential surface of the electrostatic chuck 13 and the dome 12, respectively. Plasma is formed in the space between the lower surface of the electrostatic chuck 13 and the dome 12 by chemical reaction of the source gas. As a result, the source gas reaches the wafer in an ionic state to deposit a film.

종래의 HDP CVD 장치는 웨이퍼 하단의 정전척(13)에 바이어스 파워(bias power)가 인가된다. 이로 인하여 챔버 중심이 아닌 가장자리 영역에 있던 이온들까지 웨이퍼로 이동하면서 이온들 간의 충돌이 일어나 이온의 직진성이 저하되어 트렌치 등의 패턴 측벽에 상대적으로 빨리 막이 형성된다.In the conventional HDP CVD apparatus, a bias power is applied to the electrostatic chuck 13 at the bottom of the wafer. As a result, the ions collide with each other while the ions in the edge region, not the chamber center, move to the wafer, thereby decreasing the linearity of the ions and forming a film on the pattern sidewalls of the trench and the like relatively quickly.

도 2a 및 도 2b는 종래 HDP CVD 장치를 이용하여 트렌치 내에 소자분리막을 형성하는 과정을 보이는 단면도이다.2A and 2B are cross-sectional views illustrating a process of forming a device isolation film in a trench using a conventional HDP CVD apparatus.

도 2a를 참조하면, 반도체 웨이퍼(20) 내에 형성된 높은 종횡비의 트렌치(t)를 채우는 절연막(23)을 형성하는 과정에서, 상기 반도체 웨이퍼(20)에 비스듬하게 이온들이 도달하기도 하고, 이온들간의 충돌(sputtering)에 의해 트렌치(t)의 측벽에 재증착(re-deposition)이 일어나기도 한다. 도 2a에서 미설명 도면 부호 '21' 및 '22'는 각각 패드 산화막 및 실리콘 질화막을 나타낸다.Referring to FIG. 2A, in the process of forming the insulating film 23 filling the high aspect ratio trench t formed in the semiconductor wafer 20, ions may arrive obliquely on the semiconductor wafer 20, Re-deposition may occur on the sidewalls of the trench t by sputtering. In FIG. 2A, reference numerals '21' and '22' denote pad oxide films and silicon nitride films, respectively.

도 2b를 참조하면, 상기 비스듬한 이온들의 증착 및 상기 재증착에 의해 트렌치(t) 측벽 상에서 절연막(23)이 보다 빨리 형성된다. 따라서, 트렌치(t) 전체가 절연막(23)으로 채워지기도 전에 트렌치(t) 중심부에 절연막(23)이 모두 채워져 더 이상 이온이 트렌치(t) 내부에 도달하기가 어려워 보이드(V)가 형성되는 문제점이 발생한다. Referring to FIG. 2B, the insulating film 23 is formed faster on the sidewalls of the trench t by the deposition and the redeposition of the oblique ions. Therefore, even before the entire trench t is filled with the insulating film 23, all of the insulating film 23 is filled in the center of the trench t, so that it is difficult for ions to reach the inside of the trench t, so that the void V is formed. A problem occurs.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는, 이온의 직진성을 향상시킬 수 있는, 콜리메이터를 구비하는 고밀도 플라즈마 화학기상장치를 제공하는데 있다. An object of the present invention for solving the above problems is to provide a high density plasma chemical vapor apparatus having a collimator, which can improve the linearity of the ions.

본 발명의 일실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학기상장치는, 반응 챔버; 상기 반응 챔버 내에 위치하는 웨이퍼 지지 수단; 플라즈마 발생영역과 상기 상기 웨이퍼 지지 수단 사이에 위치하는 이온 방향 조절 수단; 및 상기 플라즈마 발생 영역 상에 위치하는 소스 가스 공급 수단을 포함할 수 있다.High density plasma chemical vapor apparatus according to an embodiment of the present invention, the reaction chamber; Wafer support means located within the reaction chamber; Ion direction control means positioned between a plasma generation region and the wafer support means; And source gas supply means positioned on the plasma generation region.

본 발명의 다른 실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학기상증착 장치는, 반응 챔버; 상기 반응 챔버 내에 위치하는 돔; 상기 돔 아래의 상기 반응챔버 내에 위치하는 정전척; 상기 돔과 상기 정전척 사이에 위치하는 콜리메이터; 상기 돔의 외주면에 감겨진 코일; 및 상기 콜리메이터 및 상기 정전척 상측 공간에 위치하는 소스 가스 공급부를 포함할 수 있다.High density plasma chemical vapor deposition apparatus according to another embodiment of the present invention, the reaction chamber; A dome located in the reaction chamber; An electrostatic chuck located in the reaction chamber below the dome; A collimator positioned between the dome and the electrostatic chuck; A coil wound around an outer circumferential surface of the dome; And a source gas supply unit positioned in the collimator and the electrostatic chuck upper space.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 HDP CVD 장치(100)는 반응 챔버 (110) 및 상기 반응 챔버(110) 내에 위치하는 세라믹 반구형 돔(120)을 포함한다. 상기 돔(120)의 하부에는 웨이퍼(W)가 안착되는, 웨이퍼 지지를 위한 정전 척(electrostatic chuck)(130)이 구비된다. 상기 돔(120)과 상기 정전척(130) 사이 즉, 플라즈마 발생영역에 이온 방향 조절을 위한 콜리메이터(collimator)(180)가 위치한다. 보다 바람직하게 상기 콜리메이터(180)는 상기 플라즈마 발생영역과 상기 정전척(130) 사이에 위치할 수 있다. 상기 콜리메이터(180)는 높은 종횡비를 갖는 다수의 홀(hole)로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 3, the HDP CVD apparatus 100 according to the present invention includes a reaction chamber 110 and a ceramic hemispherical dome 120 located in the reaction chamber 110. The lower portion of the dome 120 is provided with an electrostatic chuck 130 for supporting the wafer, on which the wafer W is seated. A collimator 180 for adjusting ion direction is located between the dome 120 and the electrostatic chuck 130, that is, in the plasma generation region. More preferably, the collimator 180 may be located between the plasma generation region and the electrostatic chuck 130. The collimator 180 may be formed of a plurality of holes having a high aspect ratio.

상기 돔(120)의 외주면에는 코일(140)이 권선된다. 상기 콜리메이터(180) 및 상기 정전척(130)의 상측 공간에는 가스 공급부(150)가 마련된다. 상기 반응 챔버(110)에는 하나 이상의 진공펌프(161, 162)가 연결된다. 반응챔버(110)와 진공펌프(161, 162) 사이에는 게이트 밸브(gate valve)(171, 172)가 위치한다.The coil 140 is wound around the outer circumferential surface of the dome 120. The gas supply unit 150 is provided in an upper space of the collimator 180 and the electrostatic chuck 130. One or more vacuum pumps 161 and 162 are connected to the reaction chamber 110. Gate valves 171 and 172 are positioned between the reaction chamber 110 and the vacuum pumps 161 and 162.

상기 정전척(130)과 돔(120)의 코일(140)에는 각각 RF 파워가 인가된다. 즉, 상기 가스 공급부(150)를 통하여 반응 챔버(110)의 내부로 소스 가스가 분사되도록 하면서 정전척(130)과 돔(120)의 외주면을 둘러싸는 코일(140)을 통해 RF 파워를 인가하면 정전척(130)과 돔(120) 사이의 공간에는 소스 가스의 화학적인 반응에 의해 플라즈마가 형성된다.RF power is applied to the electrostatic chuck 130 and the coil 140 of the dome 120, respectively. That is, when RF power is applied through the coil 140 surrounding the outer circumferential surface of the electrostatic chuck 130 and the dome 120 while the source gas is injected into the reaction chamber 110 through the gas supply unit 150. Plasma is formed in the space between the electrostatic chuck 130 and the dome 120 by chemical reaction of the source gas.

이온 상태의 소스 가스는 상기 콜리메이터(180)를 통하여 상기 웨이퍼(W) 상에 도달한다. 따라서, 상기 웨이퍼(W) 상에 도달하는 이온은 상기 웨이퍼(W)에 대해 균일하게 수직한 방향을 갖기 때문에 측면 상에 상대적으로 증착이 빨리 일어나는 것을 방지할 수 있다.An ion source gas reaches the wafer W through the collimator 180. Therefore, since the ions reaching the wafer W have a uniformly perpendicular direction with respect to the wafer W, deposition can be prevented from occurring relatively quickly on the side surface.

이하, 도 4를 참조하여 전술한 본 발명의 HDP 플라즈마 화학기상증착 장치를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device using the HDP plasma chemical vapor deposition apparatus of the present invention described above with reference to FIG.

먼저, 반도체 웨이퍼(200) 상에 산화막 방지 패턴(210)을 형성한다. 본 발명의 실시예에 따라, 패드 산화막(211) 및 실리콘 질화막(212)을 적층하여 상기 산화방지막 패턴(210)을 형성할 수도 있다.First, the oxide film prevention pattern 210 is formed on the semiconductor wafer 200. According to the exemplary embodiment of the present invention, the oxide film pattern 210 may be formed by stacking the pad oxide film 211 and the silicon nitride film 212.

이어서, 상기 산화방지막 패턴(210) 형성 후 노출된 상기 반도체 웨이퍼(200)를 식각하여 상기 반도체 웨이퍼(200) 내에 트렌치(t)를 형성한다.Subsequently, the semiconductor wafer 200 exposed after the formation of the antioxidant layer pattern 210 is etched to form a trench t in the semiconductor wafer 200.

다음으로, 상기 트렌치(t)가 형성된 상기 반도체 웨이퍼(200)를 도 3과 같이 콜리메이터(180)를 구비하는 고밀도 플라즈마 화학기상장치(100) 내의 정전척(130) 상에 놓는다.Next, the semiconductor wafer 200 having the trench t formed thereon is placed on the electrostatic chuck 130 in the high density plasma chemical vapor apparatus 100 having the collimator 180 as shown in FIG. 3.

이어서, 상기 가스 공급부(150)를 통하여 반응 챔버(110)의 내부로 소스 가스가 분사되도록 하면서 정전척(130)과 돔(120)의 외주면을 둘러싸는 코일(140)을 통해 RF 파워를 인가하여 플라즈마를 발생시킨다.Subsequently, while source gas is injected into the reaction chamber 110 through the gas supply unit 150, RF power is applied through the coil 140 surrounding the outer circumferential surfaces of the electrostatic chuck 130 and the dome 120. Generate a plasma.

이에 따라, 이온 상태의 소스 가스가 상기 콜리메이터(180)를 통하여 상기 반도체 웨이퍼(200) 상에 도달한다. 반도체 웨이퍼(200)의 위에 위치하는 콜리메이터(180)는 상기 반도체 웨이퍼(200)에 수직한 이온들만이 상기 반도체 웨이퍼(200) 상에 도달하도록 함으로써 패턴의 즉벽에 이온이 도달하는 것을 가능한 억제한다. 따라서, 이온들 간의 스퍼터링에 의한 재증착을 억제할 수 있으며, 측면 증착을 방지할 수 있어 절연막(220)을 트렌치(t) 내에 양호하게 매립할 수 있다.Accordingly, the source gas in the ion state reaches the semiconductor wafer 200 through the collimator 180. The collimator 180 located above the semiconductor wafer 200 allows the ions perpendicular to the semiconductor wafer 200 to reach the semiconductor wafer 200 so that the ions reach the immediate wall of the pattern. Therefore, redeposition due to sputtering between ions can be suppressed, and side deposition can be prevented, so that the insulating film 220 can be well buried in the trench t.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and the present invention may be variously substituted, modified, and changed without departing from the spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in Esau.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 소스 이온의 직진성을 향상시켜 막의 매립 특성을 향상시킬 수 있다.The present invention made as described above can improve the straightness of the source ions to improve the embedding characteristics of the film.

도 1은 종래 HDP CVD 장치를 보이는 개략도.1 is a schematic view showing a conventional HDP CVD apparatus.

도 2a 및 도 2b는 종래 HDP CVD 장치를 이용한 소자분리막 형성 공정 단면도.2A and 2B are cross-sectional views of a device isolation film forming process using a conventional HDP CVD apparatus.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 HDP CVD 장치를 보이는 개략도.3 is a schematic view showing an HDP CVD apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 HDP CVD 장치를 이용한 소자분리막 형성 공정 단면도.4 is a cross-sectional view of a device isolation film forming process using an HDP CVD apparatus according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 설명 *Explanation of reference numerals for the main parts of the drawing

100: 플라즈마 화학기상증착 장치 110: 반응챔버100: plasma chemical vapor deposition apparatus 110: reaction chamber

120: 돔 130: 정전척120: dome 130: electrostatic chuck

140: 코일 150: 가스 공급부140: coil 150: gas supply unit

161, 162: 진공펌프 171, 172: 게이트 밸브 161 and 162: vacuum pumps 171 and 172: gate valve

Claims (4)

반응 챔버;Reaction chamber; 상기 반응 챔버 내에 위치하는 웨이퍼 지지 수단;Wafer support means located within the reaction chamber; 플라즈마 발생영역과 상기 상기 웨이퍼 지지 수단 사이에 위치하는 이온 방향 조절 수단; 및Ion direction control means positioned between a plasma generation region and the wafer support means; And 상기 플라즈마 발생 영역 상에 위치하는 소스 가스 공급 수단을 포함하는 플라즈마 화학기상증착 장치. Plasma chemical vapor deposition apparatus comprising a source gas supply means located on the plasma generating region. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 이온 방향 조절 수단은 다수의 홀로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학기상증착 장치. The ion direction control means plasma chemical vapor deposition apparatus, characterized in that consisting of a plurality of holes. 반응 챔버;Reaction chamber; 상기 반응 챔버 내에 위치하는 돔;A dome located in the reaction chamber; 상기 돔 아래의 상기 반응챔버 내에 위치하는 정전척;An electrostatic chuck located in the reaction chamber below the dome; 상기 돔과 상기 정전척 사이에 위치하는 콜리메이터;A collimator positioned between the dome and the electrostatic chuck; 상기 돔의 외주면에 감겨진 코일; 및 A coil wound around an outer circumferential surface of the dome; And 상기 콜리메이터 및 상기 정전척 상측 공간에 위치하는 소스 가스 공급부를 포함하는 플라즈마 화학기상증착 장치. Plasma chemical vapor deposition apparatus comprising a source gas supply unit located in the collimator and the space above the electrostatic chuck. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 콜리메이터는 다수의 홀로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 화학기상증착 장치.The collimator is a plasma chemical vapor deposition apparatus, characterized in that consisting of a plurality of holes.
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