KR20080085459A - 가스 분리형 샤워헤드를 이용한 ｂｐｓｇ 증착 방법 - Google Patents

가스 분리형 샤워헤드를 이용한 ｂｐｓｇ 증착 방법 Download PDF

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Abstract

반도체 소자간 고 종횡비의 나노 갭을 채울 수 있는 가스분리형 샤워헤드를 이용한 BPSG 증착 방법에 관하여 개시한다.
본 발명에 따른 가스분리형 샤워헤드를 이용한 BPSG 증착 방법은 반응가스 공급 단계, 반응가스 분산 및 분사 단계 및 BPSG 증착 단계를 구비하여 이루어진다. 상기 반응가스 공급 단계에서는 TEOS, TEPO 및 TEB를 포함하는 제1반응가스 및 오존가스(O3)를 포함하는 제2반응가스가 가스분리형 샤워헤드의 가스공급모듈에 분리 공급된다. 상기 반응가스 분산 및 분사 단계에서는 상기 가스분리형 샤워헤드의 가스분리모듈에서 상기 제1반응가스 및 상기 제2반응가스가 분리 분산되어, 가스분리형 샤워헤드의 가스분사모듈의 복수의 홀에서 혼합되어 공통으로 반응 챔버 내부로 분사된다. 상기 BPSG 증착 단계에서는 반응 챔버 내부에서 상기 제1반응가스 및 상기 제2반응가스에 의해 BPSG의 증착이 이루어진다.
BPSG, 절연막, 갭 필

Description

가스 분리형 샤워헤드를 이용한 ＢＰＳＧ 증착 방법{Method of depositing Boro-Phospho Silicate Glass using gas separation type showerhead}
도 1은 본 발명에 이용되는 BPSG 증착 시스템을 간략히 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 가스분리형 샤워헤드의 단면을 상세히 도시한 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 가스분리형 샤워헤드의 가스분리모듈 및 가스분사모듈의 일부를 입체적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 BPSG 증착 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명은 반도체 소자간 갭-필 공정에 이용되는 BPSG 증착 공정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2이상의 가스가 분리되어 공급되고, 분사 직전에 혼합되는 가스분리형 샤워헤드를 이용한 BPSG 증착 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서 게이트 라인 사이나, 비트 라인 사이 등 반도체 소자들 사이에는 갭이 존재한다. 이러한 갭을 채우는 것을 갭-필(Gap-Fill)이라 한다. 이때 갭을 채우기 위해 사용되는 물질은 주로 절연체이다. 갭-필에 이용되는 절연체의 가장 대표적인 예는 갭-필 특성이 가장 우수하다고 알려진 BPSG(Boro-Phospho Silicate Glass)이다. BPSG는 TEOS(Tetra ethyl ortho silicate), TEPO(Tri Ethyl Phosphate), TEB(Tri Ethyl Boron) 및 오존가스(O3)를 반응 챔버 내로 분사하여 증착된다.
BPSG 증착 공정은 TEOS, TEB 및 TEPO와 오존가스(O3)의 혼합이 필요하다. 종래의 BPSG 증착 공정은 주로 TEOS, TEB 및 TEPO와 오존가스(O3)가 샤워헤드에 공급되기 전에 미리 혼합되어 반응 챔버 내부로 공급되거나, 또는 샤워헤드 내에서 혼합되어 반응 챔버 내부로 공급되어 진행되었다.
그러나, TEOS, TEB 및 TEPO와 오존가스(O3)가 미리 혼합될 경우, 혼합된 구간이 길어져서 파티클의 발생을 유발할 수 있어서, 증착되는 BPSG 막질에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있고, 또는 중간에서 반응이 종결될 수도 있다.
따라서, 반응 챔버 내부에서 반도체 기판에 최대한 근접한 영역에서 TEOS, TEB 및 TEPO와 오존가스(O3)가 혼합되는 것이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, BPSG를 증착함에 있어서, 반응가스들이 분리되어 공급되고, 반응 챔버 내부로 분사되기 직전에 반응가스들을 혼합하여 파티클의 발생을 억제하고, 반응가스들의 균일한 혼합을 이룰 수 있는 가스분리형 샤워헤드를 이용한 BPSG 증착 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명에 따른 가스분리형 샤워헤드를 이용한 BPSG 증착 방법의 일실시예는 외측 공급관 및 내측 공급관을 구비하여 제1반응가스 및 제2반응가스가 분리 공급되는 가스분리모듈, 상기 외측 공급관과 연결되는 제1분산영역 및 상기 내측 공급관과 연결되는 제2분산영역을 구비하여, 분리 공급된 제1반응가스 및 제2반응가스가 각각의 분산영역에서 분리 분산되는 가스분리모듈 및 복수의 홀을 구비하여 상기 분리 분산된 제1반응가스 및 제2반응가스가 상기 복수의 홀에서 혼합되어 공통으로 분사되는 가스분사모듈을 구비하는 가스분리형 샤워헤드를 이용하며, 반응가스 공급 단계, 반응가스 분산 및 분사 단계 및 BPSG 증착 단계를 구비하여 이루어진다.
상기 반응가스 공급 단계에서는 TEOS, TEPO 및 TEB를 포함하는 제1반응가스 및 오존가스(O3)를 포함하는 제2반응가스가 가스분리형 샤워헤드의 가스공급모듈에 분리 공급된다. 상기 반응가스 분산 및 분사 단계에서는 상기 가스분리형 샤워헤드의 가스분리모듈에서 상기 제1반응가스 및 상기 제2반응가스가 분리 분산되어, 가스분리형 샤워헤드의 가스분사모듈의 복수의 홀에서 혼합되어 공통으로 반응 챔버 내부로 분사된다. 상기 BPSG 증착 단계에서는 반응 챔버 내부에서 상기 제1반응가스 및 상기 제2반응가스에 의해 BPSG의 증착이 이루어진다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 이용되는 BPSG 증착 시스템을 간략히 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, BPSG 증착 시스템은 제1반응가스 공급라인(110), 제2반응가스 공급라인(120) 및 가스분리형 샤워헤드(130)를 구비한다.
제1반응가스 공급라인(110)은 TEOS(Tetra ethyl ortho silicate), TEPO(Tri Ethyl Phosphate) 및 TEB(Tri Ethyl Boron)가 혼합된 제1반응가스가 공급된다. 이때, 제1반응가스는 기화기(Vaporizer, 111)에 의해 기화되어 공급될 수 있다.
제2반응가스 공급라인(120)은 오존가스(O3)를 포함하는 제2반응가스가 직접 공급된다.
가스분리형 샤워헤드는 제1반응가스 및 제2반응가스가 분리 공급되고, 또한 분리 분산되며, 반응 챔버 내부로 분사되기 직전에 혼합된다.
혼합되어 분사된 제1반응가스 및 제2반응가스에 의해 반응 챔버 내부에서 BPSG의 증착이 이루어진다.
도 2는 도 1에 도시된 가스분리형 샤워헤드(130)의 단면을 상세히 도시한 것이다.
도 2에 도시된 가스분리형 샤워헤드(200)는 가스공급모듈(210), 가스분리모듈(220) 및 가스분사모듈(230)을 구비한다.
가스공급모듈(210)은 제1반응가스(A) 및 제2반응가스(B)가 분리되어 공급된다. 제1반응가스(A)와 제2반응가스(B)의 분리 공급을 위해, 가스공급모듈(210)은 서로 격리된 외측공급관(210a)과 내측공급관(210b)을 구비한다. 도 2를 참조하면, 제1반응가스(A)는 외측공급관(210a)으로 공급되고, 제2반응가스(B)는 내측공급 관(210b)으로 공급된다.
가스분리모듈(220)은 가스공급모듈(210)에 공급된 제1반응가스(A) 및 제2반응가스(B)가 분리되어 분산된다. 제1반응가스(A) 및 제2반응가스(B)의 분리 분산을 위해, 가스분리모듈(220)은 가스공급모듈(210)의 외측공급관(210a)과 연결된 제1분산영역(220a)과 내측공급관(210b)과 연결된 제2분산영역(220b)을 구비한다. 도 2를 참조하면, 제1반응가스(A)는 제1분산영역(220a)에서 분산되고, 제2반응가스(B)는 제2분산영역(220b)에서 분산된다.
제1분산영역(220a)은 하나의 영역으로 구성되어 있으며, 제2분산영역(220b)은 제1분산영역(220a) 하부에 위치하며, 복수의 영역으로 분할되어 있다. 제2분산영역(220b)의 분할된 복수의 영역에 제2반응가스(B)를 고르게 분산하기 위해서 가스분배판(도 3의 310)이 구비되어 있는 것이 바람직하다.
제2분산영역(220b)의 분할된 복수의 영역은 각 영역 사이, 즉 각 영역의 외부 공간에 일정한 공간이 있다. 그리고, 각 영역의 하부에는 복수의 분출부(225b)가 형성되어 있다.
도 3은 도 2에 도시된 가스분리형 샤워헤드(200)의 가스분리모듈(220)과 가스분사모듈(230)의 일부를 입체적으로 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 제2반응가스(B)는 복수의 분출부(225b)를 통해서 가스분사모듈(230)로 분출되고, 제1반응가스(A)는 제1분산영역(220a)으로부터 제2분산영역(220b)의 각 영역의 외부 공간을 통과하여 복수의 분출부(225b) 각각을 둘러싸는 공간(225a)을 통해서 가스분사모듈(230)로 분출된다.
제1반응가스(A) 및 제2반응가스(B)가 가스분사모듈(230)로 분출되는 가스분리모듈(220) 하부의 높이는 가변적인데, 이는 복수의 분출부(225b) 끝의 높이에 따라 결정된다. 복수의 분출부(225b)의 끝의 높이에 따라서, 제1반응가스(A)와 제2반응가스(B)가 혼합되는 영역(Mixing Zone)이 달라진다.
복수의 분출부(225b)는, 그 끝이 가스분사모듈(230)의 최상부보다 높은 위치에 있을 수 있고, 또한 가스분사모듈(230)의 최상부로부터 최하부 사이의 위치하도록 형성될 수 있다.
복수의 분출부(225b)의 끝이 가스분사모듈(230)의 최상부보다 높은 위치에 있을 경우에는 샤워헤드 내에서 제1반응가스(A)와 제2반응가스(B)가 혼합되는 영역을 넓게 할 수 있다. 반대로, 복수의 분출부(225b)의 끝이 가스분사모듈(230)의 최상부와 최하부 사이의 높이에 위치하는 경우에는 제1반응가스(A)와 제2반응가스(B)의 혼합을 늦추면서, 각 반응가스의 원형을 그만큼 더 유지할 수 있다.
가스분사모듈(230)은 복수의 홀(235)을 구비한다. 가스분리모듈(220)에서 분리 분산된 제1반응가스(A) 및 제2반응가스(B)는 복수의 홀(235) 내부에서 혼합되어, 공통으로 반응 챔버 내부로 분사된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 BPSG 증착 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4에 도시된 BPSG 증착 방법(400)은 반응가스 공급 단계(S410), 반응가스 분산 및 분사 단계(S420) 및 BPSG 증착 단계(S430)를 구비하여 이루어진다.
반응가스 공급 단계(S410)에서는 제1반응가스 공급라인(110)으로부터, 제1반응가스가 가스분리형 샤워헤드(200)의 가스공급모듈(210)의 외측 공급관(210a) 및 내측 공급관(210b) 중 어느 하나의 공급관으로 공급된다. 이와 동시에 제2반응가스 공급라인(120)으로부터, 제2반응가스가 다른 하나의 공급관으로 공급된다.
제1반응가스는 TEPO, TEB 및 TEOS가 각각 분리되어 공급되고, 기화기(111)에 공급되기 전에 또는 기화기(111)에서 혼합되어, 혼합된 상태에서 기화된다. 기화된 제1반응가스는 질소가스(N2)나 헬륨가스(He)와 같은 캐리어 가스와 함께 공급될 수 있다. 제1반응가스 중에 포함된 TEOS는 헬륨가스(He)와 혼합되어 공급될 수 있다. 그리고, 제2반응가스는 헬륨가스(He) 및 산소가스(O2)와 혼합된 오존가스(O3)일 수 있다.
BPSG 증착에 필요한 반응가스들의 유량은 TEOS 및 오존에 의해 생성되는 SiO2의 양과 BPSG의 도펀트 물질로 작용하는 붕소성분(B) 및 인성분(P)의 농도와 관련이 있다. 도펀트 물질의 농도가 낮은 BPSG를 증착할 경우, TEOS 및 오존가스의 유량을 늘리거나, TEB 및 TEPO의 유량을 줄이면 된다. 반대로, 도펀트 물질의 농도가 높은 BPSG를 증착할 경우, TEOS 및 오존가스의 유량을 줄이거나, TEB 및 TEPO의 농도를 늘리면 된다. 전체적으로는, 헬륨가스(He)와 혼합된 TEOS는 100sccm ~ 10,000sccm의 유량으로 공급되고, TEB는 10sccm ~ 3,000sccm의 유량으로 공급되고, TEPO는 10sccm ~ 3,000sccm의 유량으로 공급되고, 헬륨가스(He) 및 산소가스(O2)와 혼합된 오존가스는 500sccm ~ 10,000sccm의 유량으로 공급될 수 있다.
반응가스 분산 및 분사 단계(S420)는 가스분리모듈(220)에서 제1반응가스 및 제2반응가스가 분리 분산된 후, 가스분사모듈(230)의 복수의 홀(235)에서 혼합되어 공통으로 반응 챔버 내부로 분사된다. 반응가스 분산 및 분사 단계(S420)는 가스분리형 샤워헤드(130)에서 이루어진다.
BPSG 증착 단계(S430)에서는 반응 챔버 내부에서 제1반응가스 및 제2반응가스에 의해 BPSG의 증착이 이루어진다. 이때, BPSG 증착은 350℃ ~ 600℃의 공정 온도 및 200torr ~ 600torr의 대기압의 공정압력에서 이루어질 수 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가스분리형 샤워헤드를 이용한 BPSG 증착 방법은 오존가스(O3)와 TEOS, TEB, TEPO의 혼합구간을 최대한 짧게 할 수 있어서, 파티클의 생성을 억제할 수 있으며, 또한, 균일한 다수의 혼합 구간 설정으로 BPSG 증착의 효율을 높일 수 있다.

Claims (4)

  1. 외측 공급관 및 내측 공급관을 구비하여 제1반응가스 및 제2반응가스가 분리 공급되는 가스분리모듈, 상기 외측 공급관과 연결되는 제1분산영역 및 상기 내측 공급관과 연결되는 제2분산영역을 구비하여, 분리 공급된 제1반응가스 및 제2반응가스가 각각의 분산영역에서 분리 분산되는 가스분리모듈 및 복수의 홀을 구비하여 상기 분리 분산된 제1반응가스 및 제2반응가스가 상기 복수의 홀에서 혼합되어 공통으로 분사되는 가스분사모듈을 구비하는 가스분리형 샤워헤드를 이용한 BPSG 증착 방법에 있어서,
    (a)TEOS(Tetra ethyl ortho silicate), TEPO(Tri Ethyl Phosphate) 및 TEB(Tri Ethyl Boron)를 포함하는 제1반응가스가 공급되는 제1반응가스 공급라인으로부터, 상기 제1반응가스가 상기 가스공급모듈의 외측 공급관 및 내측 공급관 중 어느 하나로 공급되고, 오존가스(O3)를 포함하는 제2반응가스가 공급되는 제2반응가스 공급라인으로부터, 상기 제2반응가스가 상기 가스공급모듈의 외측 공급관 및 내측 공급관 중 다른 하나로 공급되는 단계;
    (b)상기 가스분리모듈에서 상기 제1반응가스 및 상기 제2반응가스가 분리 분산되어, 상기 가스분사모듈의 복수의 홀에서 혼합되어 공통으로 반응 챔버 내부로 분사되는 단계; 및
    (c)상기 반응 챔버 내부에서 상기 제1반응가스 및 상기 제2반응가스에 의해 BPSG의 증착이 이루어지는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 BPSG 증착 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (a)단계에서,
    상기 제1반응가스는, TEPO, TEB 및 헬륨가스(He)와 혼합된 TEOS가 혼합된 상태에서 기화되어 캐리어 가스와 함께 공급되고,
    상기 오존가스(O3)는 헬륨가스(He) 및 산소가스(O2)와 혼합되어 직접 공급되는 것을 특징으로 하는 가스분리형 샤워헤드를 이용한 BPSG 증착 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (a)단계에서,
    상기 TEOS는 100sccm ~ 10,000sccm의 유량으로 공급되고,
    상기 TEB는 10sccm ~ 3,000sccm의 유량으로 공급되고,
    상기 TEPO는 10sccm ~ 3,000sccm의 유량으로 공급되고,
    상기 오존가스는 500sccm ~ 10,000sccm의 유량으로 공급되는 것을 특징으로 하는 가스분리형 샤워헤드를 이용한 BPSG 증착 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (c)단계는,
    350℃ ~ 600℃의 공정 온도 및 200torr ~ 600torr의 공정압력에서 BPSG의 증착이 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스분리형 샤워헤드를 이용한 BPSG 증착 방법.
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