KR20070070867A - 화학기상증착 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 챔버 내의 기판에 절연막을 형성하는 메인 공정 전에 파티클 없이 챔버를 베이스 압력까지 올릴 수 있는 화학기상증착 방법을 제공하기 위한 것으로, 이와 같은 목적을 달성하기 위한 화학기상증착 방법은 히터상에 기판이 로딩된 챔버내에 가스를 유입하여 챔버를 안정화시키는 제 1 단계; 상기 챔버가 베이스 압력이 될 때까지 펌핑라인내의 트로틀 밸브를 점진적으로 닫으면서 증가시키는 제 2 단계; 상기 챔버의 베이스 압력을 안정화시키는 제 3 단계; 상기 챔버내의 기판에 막 형성 가스를 주입하여 절연막을 형성하는 제 4 단계를 포함함을 특징으로 한다.
SACVD, 트로틀 밸브, 챔버

Description

화학기상증착 방법{Chemical Vapor Deposition}
도 1은 종래의 화학기상증착 공정의 베이스 압력 조절시 가스 플로우 상태를 나타낸 개략도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착 공정의 베이스 압력 조절시 가스 플로우 상태를 나타낸 개략도
도 3은 종래와 본 발명의 시간당 압력증가치를 나타낸 데이타도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
20 : 챔버 30 : 히터
31 : 기판 32 : 펌핑라인
33 : 트로틀 밸브
본 발명은 화학기상증착 방법에 대한 것으로, 특히 챔버 내의 기판에 절연막을 형성하는 메인 공정 전에 파티클 없이 챔버를 베이스 압력까지 안정적으로 올릴 수 있는 화학기상증착 방법에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼상에 막(film)을 형성하기 위한 방법으로는 저압 화학기상 증착(Low Pressure CVD:LPCVD) 방법과 상압 화학기상증착(Atmospheric Pressure CVD:APCVD) 방법과 서브 상압 화학기상증착(Sub-Atmospheric pressure CVD:SACVD) 방법이 있다.
상기 저압 화학기상증착(LPCVD) 방법은 대략 대기압의 10% 내외의 압력으로 진행하는 것이고, 상압 화학기상증착(APCVD) 방법은 760torr에서 진행하는 것이며, 상기 SACVD는 LPCVD 보다는 높고 APCVD보다는 낮은 압력 예를 들어 100~700 torr에서 진행하는 것이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 종래의 화학기상증착 공정에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 화학기상증착 공정의 베이스 압력 조절시 가스 플로우 상태를 나타낸 개략도이다.
종래의 화학기상증착 공정은 SACVD(Sub-Atmospheric pressure CVD)를 이용하여 절연막을 형성하는 공정에 관한 것으로, 도 1과 표1에 나타낸 바와 같이, 히터(11) 상부에 기판(1)이 로딩된 챔버(10)내에 가스를 안정적으로 유입시키는 제 1 단계(1. STAB(Stability)), 챔버(10) 하부의 펌핑라인(12)내의 트로틀 밸브(throttle valve)(13)를 닫고 챔버(10)가 160 torr가 될 때까지 챔버(10)내의 압력을 증가시키는 제 2 단계(2. P-Ramp), 상기 챔버(10)의 압력을 안정화시키는 제 3 단계(3. P STAB), 상기 챔버(10) 내의 기판(1)에 막 형성 가스를 주입하여 절연막을 형성하는 단계를 포함하여 진행한다.
상기에서와 같이 SACVD 공정은 기판이 공정 챔버(10)에 들어오면, 절연막을 형성하기 위한 메인 공정을 진행하기 전에 챔버(10)내의 압력값을 맞추기 위하여 100~200m torr 상태까지 베이스(base) 압력을 맞춰주는 공정을 진행하고, 이후에 200~750Torr 까지 압력을 올려준다.
종래에는 상기와 같이 챔버(10)내를 베이스 압력까지 맞춰줄 때, 가스가 공정 챔버(10)에 유입된 후, 트로틀 밸브(13)를 완전히 닫은 상태에서 압력을 올려주었으나, 이 경우에는 주입된 가스가 펌핑라인(12)내의 트로틀 밸브(13)에 닿으면 가스가 더 이상 하부로 흐르지 못하여 가스 흐름에 역류가 발생한다. 상기와 같이 펌핑라인(12)내로 유입되었던 가스가 역류되면 펌핑라인(12)내의 파우더들이 가스와 함께 챔버(10) 내로 유입되어 기판(1)상에 파티클을 발생시킨다.
상기 파티클은 아주 작은 (0.1um 이하) 원형 모양으로, 기판의 수율을 감소시키는 원인이 된다.
스텝. 이름 1. STAB (챔버 안정화) 2. P-Ramp (챔버압력상승) 3. P STAB (압력 안정화) 4. Dep (막 증착)
step selection ABCDEF so Far=Any ABCDEF so Far=Any ABCDEF so Far=Any -B--EF so Far=Any
step End Control By Time press〉160torr By Time By Time
Maximum Step Time 1.0 sec 60.0 sec 10.0 sec 128 sec
Endpoint selection No End point No End point No End point No End point
Pressure Throttle fully open Throttle closed serve 200 torr serve 200 torr
압력 상승비 0 step/sec 0 steps/sec 0 torr 0 torr
RF/RF2 파워 0/0W 0/0W 0/0W 0/0W
히터 온도 480℃ (웨이퍼~431℃ 480℃ (웨이퍼~431℃) 480℃ (웨이퍼~440℃) 480℃ (웨이퍼~440℃)
온도 상승 0.00℃/sec 0.00℃/sec 0.00℃/sec 0.00℃/sec
히터 스페이싱 500 mils 500 mils 220 mils 220 mils
온도 preset 100m Watts 200m Watts 300m Watts 300m Watts
Ligq. Inj Bypass To chamber To chamber To chamber To chamber
마이크로 발생파워 0 Watts 0 Watts 0 Watts 0 Watts
가스:유량 O2:4500 sccm N2-C:4000sccm He-C:2000sccm O2:4500 sccm N2-C:4000sccm He-C:2000sccm O2:4500 sccm N2-C:4000sccm He-C:2000sccm TEOS:800mgm O3:4500 sccm N2-C:4000sccm He-C:2000sccm TEOS: 800mgm TEB:162mgm TEPO:145mgm
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 챔버 내의 기판에 절연막을 형성하는 메인 공정 전에 파티클 없이 챔버를 베이스 압력까지 올릴 수 있는 화학기상증착 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화학기상증착 방법은 히터상에 기판이 로딩된 챔버내에 가스를 유입하여 챔버를 안정화시키는 제 1 단계; 상기 챔버가 베이스 압력이 될 때까지 펌핑라인내의 트로틀 밸브를 점진적으로 닫으면서 증가시키는 제 2 단계; 상기 챔버의 베이스 압력을 안정화시키는 제 3 단계; 상기 챔버내의 기판에 막 형성 가스를 주입하여 절연막을 형성하는 제 4 단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기 화학기상증착 방법은 SACVD(Sub-Atmospheric pressure CVD) 방법인 것을 특징으로 한다.
상기 챔버를 안정화시키는 제 1 단계에서는 상기 트로틀 밸브를 완전히 오픈 시킨 상태에서 최대 1초동안 O2, N2-C 및 He-C를 주입하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 단계를 진행할 때 상기 히터 온도는 대략 480℃(이때 상기 기판은 대략 431℃)로 유지하고 히터 스페이싱은 500mils이고 온도 프리세트(Temp Preset)는 100m Watt인 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 단계는 상기 트로틀 밸브를 점진적으로 닫으면서 초당 50스텝(step)씩 최대 5초 동안 압력을 증가시키는 단계, 상기 트로틀 밸브(throttle valve)를 점진적으로 닫으면서(throttle valve semi-closed) 최대 60초동안 상기 챔버내의 압력이 150 torr가 될 때까지 증가시키는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기 제 2 단계의 각 단계에서는 상기 챔버 내에 O2, N2-C 및 He-C를 주입하고, 상기 히터 온도가 대략 480℃(이때 상기 기판은 대략 431℃), 히터 스페이싱은 500mils, 온도 프리세트(Temp Preset)는 100m Watt인 것을 특징으로 한다.
상기 제 3 단계는 상기 베이스 압력인 200 torr가 될 때까지 최대 10초 동안 상기 챔버의 압력을 올려주는 것을 특징으로 한다.
상기 제 3 단계에서는 상기 챔버 내에 O2, N2-C, He-C 및 TEOS 가스를 주입하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 4 단계에서는 최대 128초 동안 O2, N2-C, He-C 및 TEOS, TEB와 TEPO 를 주입하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 3, 제 5 단계에서 상기 히터 온도는 대략 480℃(기판은 대략 440℃), 히터 스페이싱은 220mils이고 온도 프리세트는 300m Watt인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학기상증착 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착 공정의 베이스 압력 조절시 가스 플로우 상태를 나타낸 개략도이고, 도 3은 종래와 본 발명의 시간당 챔버의 압력 증가치를 나타낸 데이터도이다.
본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착 방법은 SACVD(Sub-Atmospheric pressure CVD)를 이용하여 절연막을 형성하는 공정에 관한 것으로, 도 2와 표2에 나타낸 바와 같이, 공정 챔버(20)내의 히터(30) 상에 기판(31)을 로딩하는 단계, 상기 공정 챔버(20)의 상측 가스 유입구(미도시)로 공정 가스를 주입하는 제 1 단계(1. STAB(Stability)), 상기 공정 챔버(20) 하부의 펌핑 라인(32)내의 트로틀 밸브(throttle valve)(33)를 점진적으로 닫으면서 초당 50step씩 최대 5초동안 챔버(20)내의 압력을 증가시키는 제 2 단계(2. P-Ramp-1), 공정 챔버(20)가 150 torr가 될 때까지 트로틀 밸브(throttle valve)(33)를 점진적으로 닫으면서 챔버(20)내의 압력을 증가시키는 제 3 단계(3. P-Ramp-2), 상기 챔버(20)의 압력이 200 torr의 베이스 압력이될 때까지 안정화시키면서 챔버(20)내의 압력을 증가시키는 제 4 단계(4. P STAB), 상기 챔버(20) 내의 기판(31)에 막 형성 가스를 주입하여 절연막을 형성하는 제 5 단계(5. Dep)를 포함하여 진행한다.
스텝. 이름 1. STAB (챔버 안정화) 2. P-Ramp-1 (챔버압력상승) 3. P-Ramp-2 (챔버압력상승) 4. P STAB (압력 안정화) 5. Dep (막 증착)
step selection ABCDEF so Far=Any ABCDEF so Far=Any ABCDEF so Far=Any ABCDEF so Far=Any -B--EF so Far=Any
step End Control By Time By Time By Time By Time By Time
Maximum Step Time 1.0 sec 5.0 sec 60.0 sec 10.0 sec 128 sec
Endpoint selection No End point No End point No End point No End point No End point
Pressure Throttle fully open Throttle semi-closed Throttle semi-closed serve 200 torr serve 200 torr
압력 상승비 0 step/sec 50 steps/sec 0 steps/sec 0 torr 0 torr
RF/RF2 파워 0/0W 0/0W 0/0W 0/0W 0/0W
히터 온도 480℃ (웨이퍼~431℃ 480℃ (웨이퍼~431℃) 480℃ (웨이퍼~431℃) 480℃ (웨이퍼~440℃) 480℃ (웨이퍼~440℃)
온도 상승 0.00℃/sec 0.00℃/sec 0.00℃/sec 0.00℃/sec 0.00℃/sec
히터 스페이싱 500 mils 500 mils 500 mils 220 mils 220 mils
온도 preset 100m Watts 100m Watts 200m Watts 300m Watts 300m Watts
Ligq. Inj Bypass To chamber To chamber To chamber To chamber To chamber
마이크로 발생파워 0 Watts 0 Watts 0 Watts 0 Watts 0 Watts
가스:유량 O2:4500 sccm N2-C:4000sccm He-C:2000sccm O2:4500 sccm N2-C:4000sccm He-C:2000sccm O2:4500 sccm N2-C:4000sccm He-C:2000sccm O2:4500 sccm N2-C:4000sccm He-C:2000sccm TEOS:800mgm O3:4500 sccm N2-C:4000sccm He-C:2000sccm TEOS: 800mgm TEB:162mgm TEPO:145mgm
상기에서와 같이 SACVD 공정은 기판(31)이 공정 챔버(20)에 들어와서 절연막을 형성하기 위한 메인 공정을 진행하기 전에 챔버(20)내를 100~200 torr의 베이스(base) 압력까지 맞춰주는 공정을 진행하고, 이후에 200~750Torr 까지 압력을 올려준다.
상기에서 제 1 단계는 챔버 안정화 단계로써, 트로틀 밸브(33)를 완전히 오픈 시킨 상태에서 최대 1초동안 O2를 4500sec, N2-C를 4000sec, He-C를 2000sec 주입한다. 이때 히터 온도는 480℃(기판은 대략 431℃)로 유지하고 히터 스페이싱은 500mils이고 온도 프리세트(Temp Preset)는 100m Watt이다.
그리고 제 2 단계는 상술한 바와 같이, 트로틀 밸브(throttle valve)(33)를 점진적으로 닫으면서(throttle valve semi-closed) 초당 50step씩 압력을 증가시키면서 최대 5초동안 챔버(20)내의 압력을 증가시킨다. 다른 조건은 제 1 단계와 동일하다.
다음에 제 3 단계는 트로틀 밸브(throttle valve)(33)를 점진적으로 닫으면서(throttle valve semi-closed) 초당 0step으로 최대 60초동안 챔버(20)내의 압력이 150 torr가 될 때까지 증가시킨다. 이때 온도 프리세트는 200m Watts이다. 이때 60초가 되지 않아도 챔버(20)내의 압력이 150 torr가 되면 제 4 단계로 넘어간다. 다른 조건은 제 2 단계와 동일하다.
다음에 제 4 단계는 베이스 압력인 200 torr가 될 때까지 최대 10초동안 챔버(20)의 압력을 올려주어 챔버(20)내의 압력을 안정화시킨다. 이때, 히터 온도는 480℃(기판은 대략 440℃)로 유지하고 히터 스페이싱은 220mils이고 온도 프리세트는 300m Watt이며, O2를 4500sec, N2-C를 4000sec, He-C를 2000sec, TEOS를 800mgm 주입한다.
다음에 제 5 단계에서는 최대 128초 동안 O2를 4500sec, N2-C를 4000sec, He-C를 2000sec, TEOS를 800mgm, TEB를 162mgm, TEPO를 145mgm 주입한다. 다른 조건은 제 4 단계와 동일하다. 상기 TEOS와 TEB와 TEPO는 기판(31)상에 절연막을 형성하기 위한 메인 가스들이다.
상기에서와 같이 본 발명은 절연막을 형성하기 위한 메인 공정 전에 챔버(20) 내를 200torr의 베이스 압력까지 올려줄 때, 챔버(20)하부에 위치한 펌핑라인(32)의 트로틀 밸브(33)를 완전히 닫지 않고 점진적으로 닫으면서 진행하는 것에 특징이 있다.
그리고, 트로틀 밸브(33)를 점진적으로 닫으면서 압력을 증가시키는 공정을 2 스텝으로 나누어서 먼저, 본 발명의 제 2 단계(P-Ramp-1)에서는 트로틀 밸브(33)가 초당 50step씩 천천히 닫히고, 제 3 단계(P-Ramp-2)에서도 트로틀 밸브(33)가 완전히 닫히지 않은 세미-클로즈(semi-close) 상태로 되어, 가스가 펌핑라인(32)을 따라 아래로 흐르게 하여, 가스의 역류로 인해 파티클이 발생하는 것을 방지하였다.
도 3은 종래와 본 발명의 시간당 챔버의 압력 증가치를 나타낸 데이터도로써, 챔버가 200 torr의 베이스 압력이 되는 정도를 비교하면, 본 발명이 종래보다 서서히 챔버의 압력이 증가하는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명이 종래보다 챔버의 압력 증가가 정도가 더 완만함을 알 수 있다. 이는 트로틀 밸브가 완전히 닫혀지지 않은 상태로 압력이 증가하기 때문이다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라, 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 화학기상증착 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
챔버가 베이스 압력이 될 때까지 2 단계로 나누어서 펌핑 라인의 트로틀 밸브를 점진적으로 닫으면서 압력을 증가시키는 것이므로, 챔버 내에 주입된 가스가 역류하여 기판에 파티클이 발생하여 수율이 저하되는 현상을 방지할 수 있다.

Claims (10)

  1. 히터상에 기판이 로딩된 챔버내에 가스를 유입하여 챔버를 안정화시키는 제 1 단계;
    상기 챔버가 베이스 압력이 될 때까지 펌핑라인내의 트로틀 밸브를 점진적으로 닫으면서 증가시키는 제 2 단계;
    상기 챔버의 베이스 압력을 안정화시키는 제 3 단계;
    상기 챔버내의 기판에 막 형성 가스를 주입하여 절연막을 형성하는 제 4 단계를 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학기상증착 방법은 SACVD(Sub-Atmospheric pressure CVD) 방법인 것을 특징으로 하는 화학기상증착 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버를 안정화시키는 제 1 단계에서는 상기 트로틀 밸브를 완전히 오픈 시킨 상태에서 최대 1초동안 O2, N2-C 및 He-C를 주입하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단계를 진행할 때 상기 히터 온도는 대략 480℃(이때 상기 기판은 대략 431℃)로 유지하고 히터 스페이싱은 500mils이고 온도 프리세트(Temp Preset)는 100m Watt인 것을 특징으로 하는 화학기상증착 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는 상기 트로틀 밸브를 점진적으로 닫으면서 초당 50스텝(step)씩 최대 5초 동안 압력을 증가시키는 단계,
    상기 트로틀 밸브(throttle valve)를 점진적으로 닫으면서(throttle valve semi-closed) 최대 60초동안 상기 챔버내의 압력이 150 torr가 될 때까지 증가시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 단계의 각 단계에서는 상기 챔버 내에 O2, N2-C 및 He-C를 주입하고, 상기 히터 온도가 대략 480℃(이때 상기 기판은 대략 431℃), 히터 스페이싱은 500mils, 온도 프리세트(Temp Preset)는 100m Watt인 것을 특징으로 하는 화학기상증착 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 단계는 상기 베이스 압력인 200 torr가 될 때까지 최대 10초 동안 상기 챔버의 압력을 올려주는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 단계에서는 상기 챔버 내에 O2, N2-C, He-C 및 TEOS 가스를 주입하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 4 단계에서는 최대 128초 동안 O2, N2-C, He-C 및 TEOS, TEB와 TEPO를 주입하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3, 제 5 단계에서 상기 히터 온도는 대략 480℃(기판은 대략 440℃), 히터 스페이싱은 220mils이고 온도 프리세트는 300m Watt인 것을 특징으로 하는 화학기상증착 방법.
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