KR20060001082A - 증착 장치 - Google Patents

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    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
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    • C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges

Abstract

반도체 장치를 제조하기 위한 증착 장치가 개시되어 있다. 상기 증착 장치는 공정을 수행하기 위한 챔버와, 상기 챔버의 상부를 덮는 리드와, 상기 리드와 결합되고, 상기 챔버 내부로 증착 가스를 유입시키기 위한 제1 분사 노즐들을 포함하는 제1 가스 공급부 및 상기 리드의 상부를 관통하고, 상기 챔버 내에 수직 방향으로 증착 가스들 중에서 제1 가스군을 유입하기 위한 제2 분사 노즐들과, 상기 증착 가스들 중에서 제2 가스군을 유입하기 위한 제3 분사 노즐들을 포함하는 제2 가스 공급부를 구비한다. 상기 증착 장치를 사용하면, 기판 상에 형성되는 막의 균일도를 증가시킬 수 있으며 갭필 능력을 향상시킬 수 있다.

Description

증착 장치{Apparatus for deposition}
도 1은 SiH4 유량/산소 유량을 1/3로 하여 트렌치 내에 실리콘 산화막을 형성한 SEM 사진이다.
도 2는 SiH4 유량/산소 유량을 1/2로 하여 트렌치 내에 실리콘 산화막을 형성한 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 HDP-CVD장치를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 장치에서 리드 부위의 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시된 장치에서 가스에서 제1 가스 공급부의 사시도이다.
도 6은 도 3에 도시된 장치에서 제2 가스 공급부의 저면을 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 6의 I_I' 부위를 절단하여 보여지는 제2 가스 공급부의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 챔버 102 : 리드
106 : 제1 가스 공급부 108 : 기저판
110 : 제2 가스 공급부
본 발명은 막을 증착시키기 위한 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(HDP CVD) 장치에 관한 것이다.
최근, 반도체 장치의 제조 기술은 소비자의 다양한 욕구를 충족시키기 위해 집적도, 신뢰도, 응답속도 등을 향상시키는 방향으로 발전하고 있다. 일반적으로, 반도체 장치는 반도체 기판 상에 소정의 막을 형성하고, 상기 막을 전기적 특성을 갖는 패턴으로 형성함으로서 제조된다.
상기 막을 형성하는 증착 공정은 크게 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition ; PVD)과 화학 기상 증착 공정으로 나누어진다. 상기 화학 기상 증착 공정은 프로세스 챔버 내부로 제공되는 가스의 화학 반응에 의해 반도체 기판 상에 막을 형성하는 공정으로 온도, 압력, 반응 가스의 상태 등과 같은 공정 조건에 의해 다양하게 분류된다.
최근에는 산화물 계열의 물질막을 형성하기 위해서, 주로 고밀도 플라즈마 공정을 사용하고 있다. 상기 고밀도 플라즈마(HDP) CVD 공정에서는 화학 반응과 물리적 스퍼터링이 동시에 수행된다. 보다 상세히 설명하면, HDP-CVD 공정은 기판 표면에 근접한 반응 영역을 RF 에너지의 적용에 의해 반응 가스의 해리를 증진시켜, 높은 반응 이온 종의 플라즈마를 발생시킨다. 또한, Ar과 같은 비교적 비 반응성의 이온 구성 인자는 상부 표면에 증착되는 막을 스퍼터링에 의해 일부 식각한다.
대부분의 HDP-CVD 공정을 수행하는 목적은 기판의 표면을 가로질러 균일한 두께의 막을 증착시키거나, 기판상에 형성된 라인 및 다른 특성물 사이의 갭을 채우는데 있다. 상기와 같이, 균일하게 막을 증착하거나 좁은 갭 내부를 채우기 위해서, 상기 HDP-CVD 공정을 수행하기 위한 증착 장치에서의 공급원 RF 발생기 전력, 바이어스 RF 발생기, 증착 가스 노즐 설계 등은 매우 중요하게 다루어진다.
특히, 상기 반도체 기판에 막을 균일하게 형성하기 위해서는 기판 표면 상으로 증착 가스들이 균일하게 제공되는 것이 매우 중요하다. 그런데, 통상의 HDP_CVD 공정을 수행할 시에 증착 가스들은 기판의 중심 부위에 비해 기판의 가장자리 부위에 더욱 많은 양으로 제공된다. 이는, 상기 HDP_CVD 장치에서 상기 증착 가스들을 제공하기 위한 노즐들이 상기 기판 가장자리 부위에서 기판 중심 부위로 향하도록 방사상으로 형성되어 있기 때문이다. 더구나, 상기 증착 가스들은 챔버 내부로 유입되기 이전에 가스 주입 시스템 내에서 혼합된다. 이 때, 상기 증착 가스들은 상기 가스 주입 시스템 자체 내에서 증착되어, 유입되는 가스 분포가 더욱 불균일해진다.
상기와 같이 증착 가스들이 가장자리 부위에 더 많은 양으로 제공되므로, 기판의 중심 부위의 막의 두께가 기판의 가장자리 부위의 막의 두께에 비해 낮아지는 문제가 발생한다. 상기한 문제를 최소화하기 위해, 최근의 HDP 장치에는 리드 중심 부위에 또 하나의 증착 가스 노즐을 형성하기도 한다.
상기 리드 중심 부위에 가스 노즐이 형성되어 있는 HDP 장치를 이용하여 실 리콘 산화물계 물질을 증착하는 경우를 살펴보면, 우선 제1 증착 가스로서 SiH4를 제공하고 제2 증착 가스로서 산소(O2)를 제공한다. 이 때, 상기 SiH4는 상기 리드(lid)의 중심 부위 및 상기 리드의 가장자리 부위에서도 노즐을 통해 분사시킨다. 또한, 상기 SiH4가 더 분사된 것을 고려하여 상기 산소의 분사량도 더욱 증가시킨다. 이 때, 산소는 상기 리드의 가장자리 부위의 노즐을 통해서 분사된다. 상기와 같이 공정을 수행하는 경우, 증착되는 막의 균일도가 매우 향상된다.
그런데, 상기 리드의 중심 부위에서 SiH4를 분사시키는 경우에 상기 SiH4 유량/산소 유량의 값은 상기 리드의 중심 부위에서 상기 SiH4를 분사시키지 않는 경우에 상기 SiH4 유량/산소 유량의 값에 비해 더 작은 값을 가져야 한다. 상기 리드의 중심 부위에서 SiH4를 분사시키는 경우에 상기 SiH4를 분사시키지 않는 경우보다 산소 비율을 더 증가시키지 않으면, 형성되는 실리콘 산화막의 굴절율(Index of refraction)을 유지하기가 어렵기 때문이다.
그러나, 상기 리드의 중심 부위에서 SiH4를 분사시키는 경우에는 SiH4 유량/산소 유량의 값이 종래에 비해 감소됨에 따라, 형성되는 실리콘 산화막의 갭필 능력이 현저하게 감소되는 문제가 발생된다.
도 1은 SiH4 유량/산소 유량을 1/3로 하여 트렌치 내에 실리콘 산화막을 형성한 SEM 사진이다. 도 2는 SiH4 유량/산소 유량을 1/2로 하여 트렌치 내에 실리콘 산화막을 형성한 SEM 사진이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 SiH4 유량/산소 유량의 값이 작아지는 경우 좁은 갭 내에 실리콘 산화막이 잘 채워지지 않아서 보이드(10)가 쉽게 발생하게 된다. 반면에, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 SiH4 유량/산소 유량의 값이 1/2 정도의 수준일 때는 보이드가 발견되지 않았다.
따라서, 본 발명의 목적은 갭필 특성이 우수하고, 기판 전 영역에 균일한 두께로 막을 형성할 수 있는 증착 장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 공정을 수행하기 위한 챔버, 상기 챔버의 상부를 덮는 리드, 상기 리드와 결합되고, 상기 챔버 내부로 증착 가스를 유입시키기 위한 제1 분사 노즐들을 포함하는 제1 가스 공급부 및 상기 리드의 상부를 관통하고, 상기 챔버 내에 수직 방향으로 증착 가스들 중에서 제1 가스군을 유입하기 위한 제2 분사 노즐들과, 상기 증착 가스들 중에서 제2 가스군을 유입하기 위한 제3 분사 노즐들을 포함하는 제2 가스 공급부를 구비하는 증착 장치를 제공한다.
상기 증착 장치를 사용하는 경우, 상기 증착 가스들은 리드의 상부를 관통하는 제2 분사 노즐들 및 제3 분사 노즐들 각각을 통해 기판 상으로 제공할 수 있다. 때문에, 상기 증착 가스들의 유입 비율에 제약을 받지 않아도 되고, 각 증착 가스 들 간의 반응에 의해 파우더가 발생하는 것을 감소시킬 수 있다. 그리고, 상기 제 2 분사 노즐 및 제3 분사 노즐이 다수개가 구비됨에 따라 각 노즐을 통해 제공되는 증착 가스의 유량을 감소시킬 수 있어 가스들의 기류 엉킴을 최소화할 수 있다. 또한, 상기 증착 가스들이 기판 상에 균일하게 제공됨으로서 막의 균일도를 개선할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 HDP-CVD장치를 나타내는 사시도이다. 도 4는 도 3에 도시된 장치에서 리드 부위의 사시도이다. 도 5는 도 3에 도시된 장치에서 가스에서 제1 가스 공급부의 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 공정을 수행하기 위한 챔버(100)가 구비된다.
상기 챔버(100)의 저면에는 기판지지 부재(미도시)가 구비된다. 상기 기판 지지부재는 기판을 내려놓기 위한 정전척(미도시)을 포함한다.
또한, 상기 챔버(100)에는 상기 챔버(100) 내부의 압력을 제어하기 위한 펌프(미도시) 및 게이트 밸브(미도시)가 연결된다. 상기 챔버(100)의 벽의 상부 표면은 평편한 표면적을 가진다. 상기 상부 표면에는 하나 이상의 오링(미도시)이 구비된다.
상기 챔버(100) 벽의 상부 표면위에, 상기 챔버(100) 내부 공간을 한정하는 리드(102)가 구비된다. 상기 리드(102)는 챔버(100) 내부로 향하는 면이 돔형을 갖는다. 상기 돔 형상을 갖는 리드(102)의 저면은 기저판(108)이 장착되어 있다. 상 기 기저판(108)의 저면에는 R.F 파워를 공급하기 위한 코일(미도시)이 형성된다. 또한, 상기 리드(102)에는 상기 리드(102)의 온도를 제어하기 위한 온도 제어기(미도시)가 더 구비되어 있다.
상기 리드(102)와 결합되고, 상기 챔버(100) 내부로 증착 가스를 유입시키기 위한 제1 분사 노즐(106b)들을 포함하는 제1 가스 공급부(106)가 구비된다. 상기 제1 가스 공급부(106)는 정전척 상에 놓여지는 기판(미도시)의 가장자리 부위로부터 중심부로 향하도록 상기 증착 가스들을 챔버(100) 내부로 제공한다. 즉, 상기 제1 가스 공급부(106)에서는 증착 가스들이 상기 기판과 수평한 방향으로 제공된다.
상기 제1 가스 공급부(106)는 상기 리드(102)의 기저판(108)과 결합되는 링 형상의 바디(106a)와, 상기 바디(106a)의 내측부에 구비되는 제1 분사 노즐(106b)들로 이루어진다. 즉, 상기 링 형의 바디(106a) 내부로 가스를 유입하기 위한 가스 유입구(미도시)가 구비되어 있으며, 상기 가스 유입구와 통하도록 다수개의 제1 분사 노즐(106b)들이 구비된다. 상기 증착 가스들을 챔버(100) 내의 기판 전 영역에 균일하게 제공하기 위해, 상기 제1 분사 노즐(106b)들은 상기 링의 내측면에서 균일한 간격으로 배치되는 것이 바람직하다.
상기 각각의 제1 분사 노즐(106b)에서 한 종류의 증착 가스가 상기 챔버 내로 제공될 수 있도록 상기 가스 유입구는 사용되는 증착 가스의 종류에 따라 다수개가 구비될 수 있다. 또는, 상기 제1 분사 노즐(106b)들에서 상기 증착 가스들이 혼합된 상태로 챔버 내로 제공될 수 있도록 상기 가스 유입구는 1개만 구비될 수도 있다.
상기 리드(102)의 상부를 관통하고, 상기 챔버(100) 내에 수직 방향으로 증착 가스들 중에서 제1 가스군을 유입하기 위한 제2 분사 노즐(110a)들과, 상기 증착 가스들 중에서 제2 가스군을 유입하기 위한 제3 분사 노즐(110b)들을 포함하는 제2 가스 공급부(110)를 구비한다. 바람직하게는, 상기 제2 분사 노즐(110a)들 및 제3 분사 노즐(110b)들 각각에서는 한 종류의 증착 가스를 분사시키는 것이 바람직하다.
상기 제2 가스 공급부(110)는 상기 기판의 중심 부위에 증착 가스들을 제공하기 위해 구비된다. 만일, 상기 제1 가스 공급부(106)만을 구비하여 기판에 증착 가스를 제공하는 경우 증착 가스들의 분포가 기판의 가장자리에 더 많이 집중된다. 때문에, 상기 제2 가스 공급부(110)는 상기 리드(102)의 중심 부위를 관통하도록 형성하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 제2 가스 공급부(110)를 통해 상기 기판의 중심부에 수직 방향으로 증착 가스들을 제공할 수 있다.
도 6은 도 3에 도시된 장치에서 제2 가스 공급부의 저면을 나타내는 평면도이다. 도 7은 도 6의 I_I' 부위를 절단하여 보여지는 제2 가스 공급부의 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 기판 상에 증착 가스의 공급을 균일하게 하기 위해서, 상기 제2 분사 노즐(110a)들 및 제3 분사 노즐(110b)들은 방사상 또는 동심원 상에 각각 배치되는 것이 바람직하다. 상기와 같이, 제2 분사 노즐(110a) 및 제3 분사 노즐(110b) 각각에 서로 다른 가스들이 분사됨으로서, 상기 제2 분사 노즐(110a)을 통해 분사되는 가스와 제3 분사 노즐(110b)을 통해 분사되는 가스는 노즐 내에서 전혀 반응이 이루어지지 않는다. 때문에, 상기 가스들의 반응에 의해 상기 분사 노즐들 내에 파우더가 부착되는 것을 최소화할 수 있다. 그리고, 상기 제 2 분사 노즐 및 제3 분사 노즐이 다수개가 구비됨에 따라 각 노즐을 통해 제공되는 증착 가스의 유량을 감소시킬 수 있어 각 가스들의 기류 엉킴을 최소화할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 HDP-CVD장치를 사용하여 실리콘 산화막을 형성하는 방법을 간단히 설명한다.
챔버(100) 내부를 고진공 상태 및 고 R.F파워 상태로 유지시킨다.
이어서, 상기 실리콘 산화막에서 실리콘 소오스로 제공되는 증착 가스로서 SiH4를 사용하고, 실리콘과 결합하기 위한 산소 소오스로서 제공되는 증착 가스로서 산소(O2)를 제공한다.
구체적으로, 상기 SiH4 및 산소는 상기 제1 가스 공급부(106)의 제1 분사 노즐(106b)들을 통해 상기 기판과 평행한 방향으로 상기 기판의 가장자리 부위로부터 중심 부위로 향하도록 제공한다. 또한, 상기 SiH4 및 산소는 상기 제2 가스 공급부(110)를 통해 상기 기판의 중심 부위로 제공된다. 이 때, 상기 제2 가스 공급부(110)의 제2 분사 노즐(110a)들에서는 상기 SiH4가 분사되고, 상기 제3 분사 노즐(110b)들에서는 산소가 분사된다.
상기 제2 가스 공급부(110)에서 SiH4 및 산소가 각각의 분사 노즐들을 통해 분사됨으로서, 상기 SiH4 유량/산소 유량을 자유롭게 조절할 수 있다. 따라서, 상기 제2 가스 공급부(110)에서의 상기 SiH4 유량/산소 유량을 조절함으로서 형성되는 실리콘 산화막의 굴절율을 유지시킬 수 있다. 상기 실리콘 산화막의 굴절율은 바람직하게는 1.46으로 유지되어야 한다.
그리고, 상기 제2 가스 공급부(110)에서도 산소가 분사되기 때문에, 종래와 같이, 상기 제2 가스 공급부(110)에서 제공되는 SiH4 가스의 유량에 따라 상기 제1 가스 공급부(106)에서 제공되는 산소의 유량을 증가시킬 필요가 없다. 따라서, 상기 제1 가스 공급부(106)에서의 산소 유량 증가에 따라 갭필이 잘되지 않는 등의 감소 문제를 최소화할 수 있다.
또한, 상기 SiH4 및 산소가 기판 전 영역에 균일한 분포로 제공됨으로서 상기 기판 상에 균일한 실리콘 산화막을 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 증착 장치를 사용하면 R.I를 유지하면서도 갭필 특성이 우수한 막을 증착할 수 있다. 또한, 기판 전 영역에서 균일한 막을 형성할 수 있다. 때문에, 상기 증착 장치를 사용함으로서 동작 특성이 우수한 반도체 장치를 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 공정을 수행하기 위한 챔버;
    상기 챔버의 상부를 덮는 리드;
    상기 리드와 결합되고, 상기 챔버 내부로 증착 가스를 유입시키기 위한 제1 분사 노즐들을 포함하는 제1 가스 공급부; 및
    상기 리드의 상부를 관통하고, 상기 챔버 내에 수직 방향으로 증착 가스들 중에서 제1 가스군을 유입하기 위한 제2 분사 노즐들과, 상기 증착 가스들 중에서 제2 가스군을 유입하기 위한 제3 분사 노즐들을 포함하는 제2 가스 공급부를 구비하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리드는 돔 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 가스 공급부는 상기 리드의 중심 부위에 위치하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 가스 공급부는 링 형상을 갖고 상기 리드와 결합되는 바디와, 상기 바디의 내측부에 제1 분사 노즐들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
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