KR20090107094A - 단일 웨이퍼 저압 화학 기상 증착을 이용한 실리콘 산화물 및 옥시나이트라이드 증착 방법 - Google Patents

단일 웨이퍼 저압 화학 기상 증착을 이용한 실리콘 산화물 및 옥시나이트라이드 증착 방법 Download PDF

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Abstract

산화물 및 옥시나이트라이드 필름 및 그 제조 방법이 개시된다. 산화물 또는 옥시나이트라이드 필름은 증착 챔버 내에 위치된 기판상에 성장된다. 실리콘 소오스 가스(또는 질화 소오스 가스와 함께 실리콘 소오스 가스)와 산화 소오스 가스가 열 에너지 공급원을 이용하여 증착 챔버 내에서 분해된다. 실리콘 산화물(또는 옥시나이트라이드) 필름은 기판상에 형성되고 증착 챔버에 대한 총 압력은 50토르 내지 350토르 범위로 유지되고 실리콘 소오스 가스(또는 질화 소오스 가스와 함께 실리콘 소오스 가스) 대 산화 소오스 가스의 유동비는 증착 프로세스 중에 1 : 50 내지 1 : 10000 범위이다.

Description

단일 웨이퍼 저압 화학 기상 증착을 이용한 실리콘 산화물 및 옥시나이트라이드 증착 방법 {METHODS FOR SILICON OXIDE AND OXYNITRIDE DEPOSITION USING SINGLE WAFER LOW PRESSURE CVD}
본 발명은 반도체 집적 회로 제조 분야에 관한 것이며, 보다 구체적으로 실리콘 산화물 필름의 중간 온도 증착 및 고온 증착 및 이들 산화물 필름의 제조 방법에 관한 것이다.
화학 기상 증착(CVD)된 SiO2 필름과 그 2원 및 3원 실리케이트(일반적으로 산화물 필름으로 지칭됨)는 마이크로프로세서 및 메모리와 같은 집적 회로의 제조에 광범위하게 이용된다. 이들 필름은 확산 소오스로서, 확산 및 임플란테이션 마스크로서, 스페이서로서, 그리고 최종 패시베이션층으로서 폴리실리콘과 금속층 사이에서, 다층 금속 시스템의 금속층 사이에서 절연체로서 이용된다. 수용가능하게 증착된 산화물 필름 프로세스는 균일한 두께 및 조성, 낮은 입자 및 화학물 오염, 기판에 대한 양호한 부착성, 및 높은 제조 수율을 제공한다.
이들 필름은 CVD와 같은 잘 알려진 기술을 이용하여 형성된다. 저압 화학 기상 증착(LPCVD)은 프론트 엔드 오브 라인(FEOL, front end of line) 유전체 필름 증착에 일반적으로 사용되는, CVD 프로세스의 특별한 경우이다. CVD 프로세스에서, 소정의 조성 및 유속의 반응물 가스와 희석 캐리어 가스가 반응 챔버 내로 유입된다. 가스 종은 기판으로 이동되고 반응물은 기판에 흡착된다. 원자들은 이동되고 필름 형성 화학 반응 및 필름(예를 들어, 실리콘 산화물)이 기판상에 증착된다. 반응의 가스상 부산물이 반응 챔버로부터 제거된다. 반응을 일으키는 에너지는 다양한 방법, 예를 들어 열, 빛 및 고주파수, 촉매, 또는 플라즈마에 의해 공급될 수 있다. 종래의 CVD 시스템은 일반적으로 가스 소오스, 가스 공급 라인, 질량 유동 제어기, 반응 챔버, 필름이 증착되는 기판을 가열하는 방법, 및 온도 센서를 포함한다. 종래의 LPCVD 시스템은 온도가 소오스 가스의 반응을 위한 주요 구동수단이라는 것을 제외하고 CVD 시스템과 유사하다.
기판상에 중간 온도 증착 산화물 필름(MTO) 및 고온 증착 산화물 필름(HTO)을 형성하기 위한 종래 시스템은 도 1에 도시된 배치타입의 LPCVD 시스템을 이용한다. 도 1은 3 구역 저항 로(112), 석영 반응기 튜브(102), 가스 유입구(104), 압력 센서(106), 및 웨이퍼 보트(108)를 포함하는 고온벽 로 시스템인 배치타입 LPCVD 시스템(100)을 도시한다. 다수의 실리콘 웨이퍼(110)가 증착을 위해 웨이퍼 보트(108) 상에 수직으로 위치된다. 웨이퍼는 튜브(102)를 둘러싸는 저항식 가열 코일에 의해 방사 가열된다. 반응물 가스는 질량 유량 제어기를 이용하여 튜브(102)(가스 유입구 104)의 일 단부에서 측정된다. 반응 부산물은 튜브(102)의 타단부로부터 배출된다(예를 들어 배출 펌프를 통해).
종래 기술의 시스템은 소위 "고갈 효과"로 지칭되는 단점을 갖는다. 고갈 효과는 반응물이 웨이퍼 표면상에서의 반응에 의해 소모될 때 가스상 농도를 감소시킨다. 이처럼, 유입구(104) 부근의 웨이퍼들은 보다 높은 농도의 반응물 가스에 노출된다. 증착 속도는 유입구(104) 부근에 위치된 웨이퍼에서 보다 크다. 결과적으로, 한 배치 내에서 그리고 배치로부터 배치까지 웨이퍼에 대해 균일한 두께를 얻기 어렵다.
실리콘 산화물 필름, 또는 실리콘 옥시나이트라이드 필름을 형성하는 프로세스가 개시된다. 필름은 열적 저압 화학 기상 증착 프로세스에 의해 성장된다. 프로세스는 단일 웨이퍼 냉각벽 반응기 내에서 수행되며, 여기서 실리콘 소오스 가스와 산화 소오스 가스가 필름을 형성하기 위해 증착 챔버 내에서 열 에너지 공급원을 이용하여 분해된다. 필름은 50 내지 350토르 범위의 총 압력 및 1 : 50 내지 1 : 10000의 실리콘 소오스 가스 유동 대 산화 소오스 가스 유동의 유동비로 형성된다. 상기 프로세스는 20Å/분 내지 2000Å/분 범위의 증착 속도로 100Å보다 작은 두께 및 1000Å보다 큰 두께를 갖는 필름을 형성할 수 있다.
본 발명은 실시예에 의해 설명되지만 첨부 도면에 의해 한정되지 않으며, 유사한 부재에 대해 유사한 도면 부호를 사용한다.
본 발명은 저온, 중간 온도 및 고온 실리콘 산화물, 또는 실리콘 옥시나이트라이드 필름을 형성하는 신규한 방법이다. 다음의 상세한 설명에서, 설명을 위해 많은 특정 상세가 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 설정된다. 그러나 당업자에게 본 발명이 이러한 특정 상세 없이도 실행될 수도 있음은 명백하다. 다른 경우에, 특정 장치 및 방법은 본 발명을 불명료하게 하지 않기 위해 설명되지 않는다. 다음의 상세한 설명 및 도면은 본 발명을 설명하기 위한 것이지 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
다음 섹션은 저온, 중간 온도, 또는 고온 필름(예를 들어, 실리콘 산화물 및 실리콘 옥시나이트라이드 필름)을 증착시키는 신규한 방법을 설명한다. 저온 필름은 300℃ 내지 600℃ 범위의 증착 온도에서 형성되고; 중간 온도 필름은 600℃ 내지 800℃ 범위의 증착 온도에서 형성되며; 그리고 고온 필름은 800℃ 내지 900℃ 범위의 증착 온도에서 형성된다. 열적 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 프로세스는 실리콘 산화물 또는 실리콘 옥시나이트라이드 필름을 형성하는데 사용된다. 상기 프로세스는 단일 웨이퍼 저온벽 반응기에서 수행될 수 있으며 여기서 실리콘 소오스 가스와 산화 소오스 가스는 산화물 필름을 형성하기 위해 증착 챔버 내에서 열 에너지 공급원을 이용하여 분해된다. 실리콘 소오스 가스 대 산화 소오스 가스의 유동비는 1 : 50 내지 1 : 10000 범위이다. 증착 챔버 내의 총 압력은 실리콘 산화물 필름을 형성하면서 50토르 내지 350토르 범위이다. 상기 프로세스는 20Å/분 내지 2000Å/분 범위의 증착 속도로 100Å보다 작거나 1000Å보다 큰, 바람직하게 10Å 내지 3000Å 범위의 두께를 갖는 실리콘 산화물 필름의 형성을 가능케 한다. 증착된 산화물 필름을 갖는 기판은 바람직하게 동일한 산화 소오스 가스를 이용하는 급속 열 어닐링 프로세스를 이용하여 선택적으로 어닐링된다. 본 발명에 따라 필름을 형성하는 방법은 예를 들면 산화물-나이트라이드(ON) 스페이서, 산화물-나이트라이드-산화물(ONO) 스페이서, 플래시 메모리 게이트용 ONO 스택, 또는 라이너 산화물 트렌치, 또는 MOS 트랜지스터에서 측벽 스페이서를 형성하도록 통합될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실리콘 산화물 필름을 형성하기 위한 예시적인 방법(200)의 흐름도이다. 흐름도(200)의 단계(202)에 설정된 바와 같이, 제 1 단계는 실리 콘 산화물 필름이 형성되는 기판(300)을 증착 반응기에 위치시키는 것이다. 기판(300)은 본 발명의 실리콘 산화물 필름을 증착시키는데 적절한 열적 LPCVD 반응기에 위치된다. 적절한 열적 LPCVD의 예는 도 4 내지 도 6에 도시된 저항 가열식 LPCVD 반응기이다. 다른 적절한 증착 반응기는 어플라이드 머티어리얼스(Applied Materials) 사에 의해 제조되는 OxZgen(등록 상표) 반응기를 포함한다. 증착 프로세스를 논의하기 전에, 예시적인 열적 LPCVD 장치(400)가 설명된다.
도 4, 도 5 및 도 6은 본 발명을 실행하는데 사용될 수 있는 열적 저압 화학 기상 증착 챔버의 상이한 횡측면도(예를 들어, 웨이퍼 로드 위치 및 웨이퍼 분리 위치)를 도시한다. 도 4는 "웨이퍼 프로세스" 위치에서 프로세스 챔버 몸체(445)의 내부를 도시한다. 도 5는 "웨이퍼 분리" 위치에서 챔버의 동일한 도면을 도시한다. 도 6은 "웨이퍼 로드" 위치에서 챔버의 동일한 횡측면도를 도시한다. 설명의 목적을 위해, 약 5-6 리터 범위의 챔버가 설명된다.
도 4, 도 5 및 도 6은 반응 챔버(490)를 형성하는 챔버 본체(445)를 도시하며, 반응 챔버(490) 내에서 프로세스 가스 또는 반응물 가스가 기판(300) 상에 실리콘 산화물 필름을 형성하기 위해 열적으로 분해된다. 챔버 본체(445)는 일 실시예에서 알루미늄으로 구성되고 챔버(445)를 냉각시키기 위해 펌프되는 물(또는 물 및 에틸렌 글리콜의 혼합물)을 위한 통로(455)를 갖는다. 물 통로는 장치(400)를 "저온벽" 반응기 챔버로 될 수 있게 한다. 챔버 본체(445)는 또한 챔버 내의 압력이 0 내지 350토르로 유지될 수 있게 하는 재료로 구성된다.
챔버 본체(445) 내에 챔버(490), 챔버 리드(430), 분배 포트(420), 가스 혼 합기(421), 페이스 플레이트(또는 샤워 헤드 425), 블로커 플레이트(424), 히터 포켓(405), 및 저항식 히터(480)가 존재한다. 히터 포켓(405)은 저항식 가열기(480) 상에 위치되고 샤프트(465)에 의해 또한 지지된다. 히터 포켓(405)은 반도체 웨이퍼(점선으로 도시됨)와 같은 기판(300)을 지지하기에 충분한 표면적을 갖는다. 명백한 것처럼, 히터 포켓(405)은 또한 증착 중에 기판(300)을 가열시킨다. 챔버 본체(445)는 또한 승강 조립체(460), 승강 핀(495), 및 승강 플레이트(475)를 수용한다. 승강 플레이트(475)는 챔버(490)의 베이스에 위치된다. 승강 핀(495)은 히터 포켓(405)으로부터 기판(300)을 상승시키기 위해 히터 포켓(405)의 표면에 있는 홀, 다수의 관통 개구, 또는 관통 보어를 통해 연장 및 수축한다. 승강 핀(495)이 수축할 때 기판(300)은 챔버 본체(445)로부터 제거될 수 있다. 챔버 본체(445)는 또한 기판(300)을 개구(440)를 통해 삽입시키는데 이용되는 로봇 메카니즘인 전달 블레이드(441)를 수용한다. 전달 블레이드(441)는 승강 핀(495)의 헤드 아래에 위치된다(도 5 참조).
챔버 본체(445)는 승강 조립체(460)를 수용한다. 승강 조립체(460)는 챔버(490) 내외로 기판(300)의 이동을 용이하게 한다. 승강 조립체(460)는 챔버(490) 내외로 기판(300)을 삽입 및 제거하기 위해 도 5에 도시된 아래 방향(예를 들어, 하강된) 위치로 히터(480)를 전진시킨다. 기판(300)은 예를 들어 기판(300)을 히터 포켓(405) 상에 위치시키는 로봇 전달 메카니즘에 의해 유입 포트(440)를 통해 챔버 내에 위치된다. 로봇 전달 메카니즘은 기판(300)을 지지하는 승강 핀(495)의 헤드 아래로 기판을 개구(440)를 통해 삽입시키는 전달 블레이드(441)를 포함한다. 다음, 승강 조립체(460)는 히터(480)와 승강 플레이트(475)를 "웨이퍼 로드" 위치로 이동(예를 들어, 하강)시킨다. 승강 조립체(460)는 그 후 승강 핀(495)이 히터 포켓(405)의 표면 내의 보어 또는 개구를 통해 연장하도록 히터(480) 및 승강 핀(495)을 이동시킨다. 승강 핀(495)은 히터 포켓(405)의 아래(예를 들어, 하부) 표면으로부터 캔티레버 방식으로 연장한다. 승강 핀(495)은 그 후 챔버(490)의 베이스에 위치된 승강 플레이트(475)와 접촉한다. 기판(300)이 로드될 때, 히터(480)는 히터 포켓(405)의 표면이 도 6에 도시된 것처럼 유입 포트(440) 아래에 있도록 하강되어 기판(300)이 챔버(490) 내에 위치될 수 있다. 일단 로드되면, 입구 포트(440)는 밀봉되고 히터(480)는 예를 들어 스테퍼 모터인 승강 조립체(460)에 의해 페이스 플레이트(425)를 향해 위(예를 들어, 상승된) 방향으로 전진된다. 웨이퍼(201)가 페이스 플레이트(425)로부터 짧은 거리(예를 들어 400 내지 700밀(mils))에 있을 때 전진은 중지된다(도 4 참조). 도 5에 도시된 것처럼, 일 실시예에서, 승강 플레이트(475)는 이 지점에서 웨이퍼 프로세스 위치(예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이 플레이트와 동일한 위치)에 유지된다. 기판(300)이 챔버(490) 내에 위치될 때, 히터 포켓(405)과 히터(480)는 기판(300)을 증착 프로세스를 위해 바람직한 프로세싱 온도로 가열한다.
기판(300)은 우선 히터 포켓(405)의 표면으로부터 분리됨으로써 챔버(490)로부터 제거될 수 있다(예를 들어, 증착 완료 시에). 로봇 메카니즘의 전달 블레이드(441)는 기판(300)을 지지하는 승강 핀(495)의 헤드 아래로 개구(440)를 통해 삽입된다. 다음, 승강 조립체(460)는 히터(480)와 승강 플레이트(475)를 "웨이퍼 로 드" 위치로 이동(예를 들어, 하강)시킨다. 승강 플레이트(475)를 아래 방향으로 이동시킴으로써, 승강 핀(495)은 처리된 웨이퍼의 표면이 전달 블레이드와 접촉할 때까지 아래 방향으로 이동된다. 처리된 기판(300)은 그 후 예를 들어 기판(300)을 제거하고 기판을 다음 프로세싱(예를 들어, 냉각) 단계로 전달시키는 로봇 전달 메카니즘에 의해 입구 포트(440)를 통해 제거된다.
여기서 설명된 메카니즘은 후속적인 기판(300)에 대해 반복될 수도 있다. 적절한 승강 조립체(460)의 상세한 설명은 캘리포니아 산타클라라 소재의 어플라이드 머티어리얼스사에 양도된 미국 특허 제 5,772,773호에 개시된다.
챔버(490) 내에서 필름 증착을 위한 온도는 저항식 히터(490)에 의해 제어된다. 저항식 히터(480)는 제 1 가열 소자(450)와 제 2 가열 소자(457)를 포함한다. 제 2 가열 소자(457)는 제 1 가열 소자(450) 아래에(도면에서 히터 포켓의 표면에 대해) 위치된 히터 포켓(405)의 본체의 평면에 형성된다. 제 1 가열 소자(450) 및 제 2 가열 소자(457)는 전력 단자(도시 않음)에 분리식으로 연결된다. 전력 단자는 아래 방향으로 전도체 리드로서 종방향 연장 개구를 통해 샤프트(465)를 통해 히터 포켓(405)의 표면을 가열하기 위해 필요한 에너지를 공급하는 전력 소오스로 연장한다.
열적 LPCVD 장치(400)는 또한 챔버(490) 내의 프로세싱 온도를 모니터하기 위해 온도 표시기(도시 않음)를 포함한다. 온도 표시기는 히터 포켓(405)의 표면(또는 히터 표면(405) 상의 웨이퍼의 표면)에서 온도에 대한 데이타를 편리하게 제공하도록 위치될 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이 히터(480)의 횡단면에 열전쌍(470)이 존재한다. 열전쌍(470)은 종방향 연장 개구를 통해 샤프트(465)를 통해 히터 포켓(405)의 위 또는 상부 표면 바로 아래 지점으로 연장한다.
챔버 본체(445)는 또한 반응물 가스, 안정화 가스 또는 세정 가스를 챔버(490)에 전달하는 가스 전달 시스템에 연결된다. 일 실시예에서, 가스 전달 시스템은 4 개의 분기관, 분기관(401A), 분기관(401B), 분기관(401C), 및 분기관(401D)을 수용하는 가스 패널 시스템(401)을 포함하며, 이들 각각은 챔버(490)에 주입되는 다양한 가스 소오스를 위한 가스 라인(예를 들어, 라인 1 내지 11)을 포함한다. 가스 소오스는 다양한 가스 실린더 또는 콘테이너 및 가스 라인(도시 않음)을 통해 가스 패널 시스템(401)에 공급된다. 각각의 분기관은 챔버(409) 내로 가스의 유동을 제어하는 질량 유동 제어기(MFC)를 포함한다.
분기관(401A)은 증착 프로세스 후에 챔버(490) 내로 주입되는 세정 가스를 공압식으로 제어한다. 예를 들어, 증착 프로세스 후에 또는 그 작동 사이에, 챔버(490)는 분기관(401)으로부터 방출되는 세정 가스로 세정된다. 분기관(401A)은 또한 세정 가스(예를 들어, 아르곤, 질소 트리플루오라이드, 및 N2)를 챔버(490) 내로 향하게 하는 출구 라인(A)을 포함한다.
분기관(401B)은 증착 중에 챔버(490) 내로 주입되는 실리콘 소오스 가스를 공압식으로 제어한다. 실리콘 소오스 가스의 예로는 실란, 디실란, 메틸실란 및 할로겐화된 실란을 포함한다. 실리콘 소오스 가스는 때때로 캐리어 가스(예를 들어, 질소, 수소, 헬륨, 아르곤, 및 크세논)에 의해 챔버(490) 내에 수송된다. 그 러므로 분기관(401B)에 상이한 가스를 공급하는 다양한 가스 라인이 존재한다. 분기관(401B)은 또한 출구 라인(B)과 출구 라인(C)을 포함하며, 여기서 라인(B)은 실리콘 소오스 가스를 챔버(490)로부터 전방라인으로 전환시키고 라인(C)은 실리콘 소오스 가스를 챔버(490)에 분사한다. 실리콘 소오스 가스가 캐리어 가스에 의해 수송될 때, 이들 두 가스는 분기관(401B) 내에서 미리 혼합되고 출구 라인(C)을 통해 배출된다.
전환 가스 라인(출구 라인 B)과 캐리어 가스는 증착을 위해 기판(300) 상에 실리콘 소오스 가스의 균일한 분배를 돕는다. 또한, 실리콘 소오스 가스의 전환은 챔버(490)내 실리콘 소오스 가스의 분압의 요동을 방지하고 실리콘 소오스 가스의 일정 유동을 유지시킨다. 챔버(490)로부터 실리콘 소오스 가스의 전환은 유동이 챔버(490)에 분사되기 전에 일정 유속에 도달하는 것을 보장한다. 이는 증착된 실리콘 산화물 필름의 균일한 두께를 보장할 것이다.
분기관(401C)은 증착 중에 챔버(490) 내로 분사되는 산화 소오스 가스를 공압식으로 제어한다. 분기관(401C)은 또한 산화 소오스 가스(예를 들어, 질소 산화물, 오존, 및 테트라에톡시실란(TEOS))를 챔버(490)로 향하게 하는 출구 라인(D)을 포함한다. 그리고, 출구 라인(E)을 포함하는 분기관(401D)은 증착 중에 챔버(490)의 바닥 내의 바닥 세정 가스(예를 들어, 질소)를 공압식으로 제어한다.
챔버(445)는 또한 압력 조절기 또는 조절기(도시 않음)에 연결된다. 압력 조절기는 챔버(490) 내에 압력을 형성하고 유지시킨다. 일 실시예에서, 예를 들어 이러한 압력 조절기는 바라트론(baratron) 압력 조절기로서 공지되어 있다. 본 발 명의 바라트론 압력 조절기는 압력을 50 내지 350토르 정도로 유지시킨다. 바람직한 실시예에서, 바라트론 압력 조절기는 압력을 200토르로 유지시킨다.
챔버(490)는 또한 가스가 챔버로부터 배출되는 가스 배출 시스템에 연결된다. 가스 배출 시스템은 잔류 프로세스 가스를 챔버(490)로부터 챔버 본체(445, 예를 들어 진공 펌프 아웃(431))의 측부에 있는 수집 용기로 펌프시키는 펌핑 플레이트(485)를 포함한다. 펌핑 플레이트(485)는 기판상에 균일한 실리콘층을 형성하는 가스 유동 패턴을 야기하는 두 유동 영역을 형성한다. 일 예에서, 진공 펌프 아웃(431)은 챔버(490) 외부에 배치된 펌프(432)에 연결된다. 이 실시예에서, 펌프 아웃(431)은 반응 가스 및 세정 가스를 챔버(490)로부터 진공 펌프 아웃(431)을 통해 당기도록 펌핑 채널(4140, 도 4 내지 도 6에서 채널(414) 아래)에 진공 압력을 제공한다. 펌프(430)는 필요한 경우 챔버(490)로부터 실리콘 소오스 가스를 전환하기 위해 출구 가스 라인(B)으로부터 실리콘 소오스 가스를 당긴다.
또 다른 실시예에서, 진공 펌프 아웃(431)은 배출 도관(433)에 연결된다. 배출 도관(433)은 챔버(490)로부터 반응물 가스, 세정 가스 및 잔류 가스를 배출시킨다. 채널(4140)을 통한 배출 가스의 유속은 도관(433) 아래에 배치된 스로틀 밸브(434)에 의해 바람직하게 제어된다.
챔버(490)는 또한 챔버(490) 내의 프로세싱 압력을 모니터하는 센서(도시 않음)를 포함한다. 일 실시예에서, 배출 도관(433)의 횡단면적은 챔버(490) 내의 프로세싱 압력의 제어를 보다 용이하게 하기 위해 변한다. 바람직하게, 챔버 본체(455)에 연결된 제어기 또는 프로세서(900)는 챔버 압력을 표시하는 센서로부터 신호를 수신하고 대응되게 챔버(490) 내의 바람직한 압력을 유지하기 위해 스로틀 밸브(434)를 조절한다. 본 발명과 함께 이용되기에 적절한 스로틀 밸브는 어플라이드 머티어리얼스사에 양도되고 무르도흐(Murdoch)에게 허여된 미국 특허 제 5,000,225호에 개시된다. 상기 특허는 본원에 참조된다.
챔버(490) 내에 있는 부품용 재료는 노출된 부품이 본 발명의 고온 프로세싱에 적합하도록 선택된다. 실리콘 산화물 필름을 형성하는 본 발명의 열적 LPCVD 프로세싱은 800℃ 이상까지 챔버(490)내 가열 온도를 가열하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 재료는 챔버(490) 내에 유입될 수도 있는 세정 가스와 같이, 프로세스 가스와 다른 화학물과 적합해야 한다. 일 실시예에서, 히터(480)의 노출된 표면은 재료가 프로세스와 적합하다고 가정하면 다양한 재료로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 히터(480)의 샤프트(465) 및 히터 포켓(405)은 유사한 알루미늄 나이트라이드 재료로 구성될 수도 있다. 대안적으로, 히터 포켓(405)의 표면은 고열전도성 알루미늄 나이트라이드 재료(140W/mK의 열전도성과 함께 95% 정도의 순도)로 구성될 수도 있고 샤프트(465)는 보다 낮은 열전도성 알루미늄 나이트라이드로 구성된다. 히터(480)의 히터 포켓(405)은 일반적으로 확산 결합 또는 땜납을 통해 샤프트(465)에 결합되는데 이러한 결합이 챔버(490)의 환경을 유사하게 견디기 때문이다.
더욱이, 도 4는 또한 히터 포켓(405)의 본체의 횡단면도 및 샤프트(465)의 횡단면도를 포함하는, 히터(480)의 일부의 횡단면도를 도시한다. 상기 실시예에서, 도 4는 히터 포켓(405)의 본체를 도시하며, 이는 내부에 형성된 두 개의 가열 소자, 제 1 가열 소자(450) 및 제 2 가열 소자(457)를 구비한다. 각각의 가열 소자(예를 들어, 가열 소자(450) 및 가열 소자(457))는 히터 포켓의 재료와 유사한 열팽창 특성을 갖는 재료로 제조된다. 적절한 재료로는 몰리브덴(Mo)을 포함한다. 각각의 가열 소자는 코일 구조로 된 몰리브덴 재료의 박층을 포함한다.
도 2를 다시 참조하면, 단계(203)는 본 발명의 실리콘 산화물 필름을 형성하는 다음 단계로 설정되며, 이는 증착 프로세스를 위해 바람직한 프로세싱 온도 및 압력을 얻기 위한 것이다. 챔버(490)가 전술한 것처럼 챔버(490) 내에 기판(300)의 배치 전에 바람직한 프로세스 온도 및 압력에 이미 도달했을 수도 있음을 주목해야 한다. 그러나 기판(300)이 챔버(490) 내의 히터 포켓(405) 상에서 증착된 후에, 챔버(490) 및 히터 포켓(405)은 증착 프로세스가 최적의 결과를 얻기 위해 개시되기 전에 평형상태(예를 들어, 바람직한 프로세스 온도 및 압력에 도달함)가 되도록 허용되어야 한다. 예시적인 실시예에서, 바람직한 압력 및 온도를 얻기 위해 10초가 할당된다. 캐리어 가스는 챔버(490) 내의 온도 및 압력이 안정화되면서 단계(203) 중에 챔버(490) 내에 분사된다. 캐리어 가스는 전술한 것처럼 분기관(401A)을 통해 공급될 수 있다. 캐리어 가스의 예로는 질소, 헬륨, 수소, 크세논 및 아르곤을 포함한다. 일 실시예에서, 캐리어 가스는 500sccm 내지 10000sccm 범위의 유속으로 챔버(490)에 공급된다.
산화물 필름의 증착을 위한 바람직한 프로세스 온도는 400℃ 내지 900℃ 범위이다. 바람직한 실시예에서, 챔버(490)는 기판을 300℃ 내지 700℃ 범위로 가열하기에 충분한 프로세스 온도를 유지시킨다. 또 다른 실시예에서, 히터 포켓(405) 에서의 온도는 기판(300)이 바람직한 프로세싱 온도로 가열되도록 400℃ 내지 900℃ 범위, 바람직하게 700℃이다. 바람직한 프로세스 온도는 형성되는 필름의 형태, 필름을 형성하는데 사용되는 반응물 가스, 및 증착 프로세스를 위한 바람직한 압력에 따라 변한다.
온도 표시기는 히터 포켓(405)의 표면 또는 대안적으로 히터 포켓(405) 상에 있는 기판(300)의 표면에서 온도에 대한 데이타를 얻기 위해 사용된다. 열적 LPCVD 반응기(400)에서 기판(300, 일반적으로 웨이퍼)의 온도가 히터 포켓(405)의 측정된 온도보다 약 20 내지 30℃ 낮다고 이해된다. 예시적인 실시예에서, 프로세스 온도는 히터 포켓(405)으로부터 측정된 온도에 기초한다.
증착 프로세스를 위한 바람직한 압력은 챔버(490) 내의 총 압력으로 표시된다. 예시적인 실시예에서, 바람직한 압력은 증착 프로세스를 통해 50토르 내지 350토르 범위이고 바람직하게 200토르이다. 일 실시예에서, 챔버는 50 내지 350토르 범위의 압력으로 배기되고 200토르가 바람직하다.
압력 및 온도 안정화를 달성하면서, N2, He, Ar, 또는 이들의 조합물과 같은 안정화 가스가 챔버(490) 내에 공급되는 것이 바람직하다. 일 예에서, 분기관(401A)은 500sccm 내지 10000sccm 범위의 유속으로 안정화 가스를 챔버(490) 내에 방출시킨다.
바람직한 실시예에서, 시스템 제어 소프트웨어를 포함하는 프로세서 제어기(900)는 챔버(490) 내의 프로세싱 온도 및 압력을 제어 및 조절할 수 있다. 이 실시예에서, 프로세서 제어기는 안정화 가스(예를 들어, N2, He, 또는 Ar)가 바람직한 유속으로 챔버(490)에 공급되면서 히터의 온도를 700 내지 740℃ 범위로 상승시킴으로써 온도를 조절한다. 추가적으로, 프로세서 제어기는 또한 필요에 따라 챔버(490) 내의 프로세싱 압력을 조절할 수도 있다.
바람직한 온도 및 압력이 얻어질 때, 기판(300)은 이제 증착 대기 상태에 있다. 바람직한 실시예에서, 기판(300)은 산화 소오스 가스로 예열된다. 도 2에서 프로세스(200)의 단계(204)는 산화 소오스 가스(예를 들어, 질소 산화물, 오존, 및 테트라에톡시실란(TEOS))가 산화물 필름의 증착 전에 챔버(490) 내에 3 내지 10초 동안 공급되는 예열 단계를 설정한다. 일 예에서, 예열 단계(204) 중에, 산화 소오스 가스는 챔버 본체(445) 내에 500 내지 1500sccm 범위의 유속으로 공급되며 챔버(490) 내의 총 압력은 200토르로 유지된다. 또 다른 예에서, 산화 소오스 가스는 특히 후막의 산화물 필름을 형성하기 위해 4000sccm의 유속으로 챔버 본체(445)에 공급된다. 프로세스(200)의 예열 단계(204) 중에 챔버(490)에 공급되는 산화 소오스 가스의 유속은 산화물 필름의 증착을 위해 선택된 유속이다.
또한, 프로세스(200)의 예열 단계(204) 중에, 실리콘 소오스 가스 유동이 시작된다(예를 들어, 실리콘 소오스 가스가 분기관(401B)을 떠남). 바람직한 실시예에서, 실리콘 소오스 가스는 질소와 같은 캐리어 가스로 미리 혼합된다. 실리콘 소오스 가스에 대한 유속은 실리콘 소오스 가스가 증착을 위해 챔버(490)에 분사되는 바람직한 유속으로 설정된다. 그러나 예열 단계(204) 중에, 출구 라인(B)은 개 방되고 출구 라인(C)은 폐쇄되어 실리콘 소오스 가스가 챔버 본체(445) 및 특히 챔버(490)로부터 전환된다. 실리콘 소오스 가스는 진공 펌프 아웃(431)으로 전환된다. 챔버(490)로부터의 실리콘 소오스 가스의 전환은 실리콘 소오스 가스가 증착 개시 전에 바람직한 일정 유속에 도달하게 한다. 실리콘 소오스 가스가 증착 개시 전에 1sccm 내지 2sccm 범위의 일정 유속에 도달하는 것이 바람직하다. 대안적인 실시예에서, 다른 유속이 바람직할 수도 있는데, 예를 들어 보다 후막의 산화물 필름이 바람직한 경우, 유속은 증착 개시 전에 4sccm의 일정 유속에 도달할 필요가 있다.
예열 단계(204) 중에, 산화 소오스 가스는 먼저 분기관(401A)으로부터 출구 라인(A)으로 방출되고 챔버 리드(430)의 상부 표면상에 위치된 가스 분배점(420)을 통해 챔버(490)로 유입된다. 일 예에서, 챔버 리드(430)는 가스 혼합기(421)를 수용한다. 상기 예에서, 산화 소오스 가스는 챔버(490)로 분사되기 전에 가스 혼합기(421)를 통과해야 한다. 산화 소오스 가스는 블로커 플레이트(424)를 통과하여 기판(300)의 표면적과 일치하는 영역 주위로 분배된다. 그 후, 산화 소오스 가스는 이 경우 챔버(490) 내부의 저항식 히터(480)와 히터 포켓(405) 위에 위치된 천공 페이스 플레이트(425)를 통해 분배된다. 상기 실시예에서 페이스 플레이트(425)와 블로커 플레이트(424)의 조합은 기판(300, 예를 들어 웨이퍼)에서 반응물 가스의 균일한 분배를 발생시킨다.
증착 사이트가 단계(204)에서처럼 예열될 때, 다음 단계가 실리콘 산화물 필름을 증착한다. 전술된 설명 및 다음 설명은 실리콘 산화물 필름의 형성에 관한 것이지만, 본 발명은 실리콘 산화물 필름에 제한되지 않는다. 예를 들어, 하기에서 명백한 것처럼, 본 발명은 또한 실리콘 옥시나이트라이드 필름을 형성하는데도 적용가능하다. 단계(206)는 프로세스 흐름도(200)에서 증착 단계를 설정한다. 증착 준비가 되었을 때, 가스 패널(401)에 의해 제어되는 반응물 가스(예를 들어, 실리콘 소오스 가스와 산화(및 옥시나이트라이드의 경우, 질화) 소오스 가스)가 혼합기(421), 가스 분배 포트(420)를 통해, 블로커 플레이트(424), 및 천공 페이스 플레이트(425)를 통해 챔버(490) 내로 유동된다. 이 시점에서, 출구 라인(B)은 차단되어 실리콘 소오스 가스를 단계(204) 중에 이미 달성된 바람직한 유속으로 출구 라인(C)을 통해 챔버(490) 내로 향하게 한다.
바람직한 실시예에서, 실리콘 소오스 가스는 분기관(401B)에서 캐리어 가스와 혼합된다. 예시적인 캐리어 가스로는 수소, 질소, 헬륨, 크세논, 또는 아르곤을 포함한다. 캐리어 가스는 챔버(490) 내로 유동하는 실리콘 소오스 가스의 양이 적기 때문에 바람직하며, 캐리어 가스는 기판(300) 상에 실리콘 소오스 가스의 균일 분배를 최대화한다. 상기 실시예에서, 캐리어 가스는 5000sccm 내지 10000sccm 범위의 유속을 가지며 실리콘 소오스 가스는 1sccm 내지 2sccm 범위의 유속을 갖는다. 실리콘 소오스 가스에 대한 유속은 20sccm만큼 높을 수 있고 캐리어 가스는 유속을 5000sccm 내지 10000sccm 범위로 유지시킨다. 전술한 것처럼, 캐리어 가스와 실리콘 소오스 가스는 출구 라인(B 또는 C)을 나가기 전에 미리 분기관(401B)에서 혼합된다. 증착을 위해, 실리콘 소오스 가스와 캐리어 가스 혼합물은 출구 라인(C)으로부터 분기관(401B)을 떠날 것이다.
실리콘 소오스 가스와 산화 소오스 가스 각각은 먼저 분리된 출구 라인을 통해 챔버(490)로 유입된다. 실리콘 소오스 가스는 먼저 출구 가스 라인(C)(이 시점에서, 출구 가스 라인(B)은 이미 차단됨)을 통해 분기관(401B)을 떠난다. 산화 소오스 가스는 먼저 출구 가스 라인(D)을 통해 분기관(401C)을 떠난다. 바람직한 실시예에서, 각각의 소오스 가스에 대해 바람직한 유속은 분리되어 모니터되고 유지된다. 바람직한 실시예에서, 실리콘 소오스 가스와 산화 소오스 가스는 모두 분배점(420) 및 결국 챔버(490)로 유입되기 전에 각각의 바람직한 유속으로 가스 혼합기(421)로 유입된다. 가스 혼합기(421)는 실리콘 소오스 가스와 산화 소오스 가스가 챔버(490)에 분사되기 전에 이들을 혼합시킨다. 가스 혼합기(421)의 이용은 실리콘 산화물 필름의 두께 불균일성을 상당히 개선시킨다. 또 다른 실시예에서, 가스 혼합기(421)가 챔버 리드(430) 내의 위치에 있어서 가스 혼합기는 가능한 한 기판(300)에 가깝다. 상기 실시예에서, 실리콘 및 산화 소오스 가스의 혼합물은 기판(300) 상으로 즉시 방출된다.
실리콘 소오스 가스와 산화(및 옥시나이트라이드의 경우, 질화) 소오스 가스의 유동 비는 1 : 50 내지 1 : 10000 범위이다. 바람직한 실시예에서, 실리콘 소오스 가스에 대한 유속은 1sccm 내지 2sccm 범위이고 산화 소오스 가스에 대한 유속은 500sccm 내지 1500sccm 범위이다. 또 다른 실시예에서, 실리콘 소오스 가스에 대한 유속은 20sccm일 수 있고 산화 소오스 가스에 대한 유속은 4000sccm만큼 높을 수 있다. 그러므로 챔버(490) 내에는 실리콘 소오스 가스보다 훨씬 많은 산화 소오스 가스가 존재한다.
분배점(420)으로부터, 반응물 가스(예를 들어, 실리콘 소오스 가스와 산화(및 옥시나이트라이드의 경우 질화) 소오스 가스)는 블로커 플레이트(424)를 통과하고 기판(300)의 표면적과 일치하는 영역 주위로 분배된다. 그 후, 반응물 가스는 이 경우 저항식 히터(480)와 히터 포켓(405) 위에 위치된 천공 페이스 플레이트(425)를 통해 분배된다. 전술한 것처럼, 상기 실시예에서 페이스 플레이트(425)와 블로커 플레이트(424)의 조합은 기판, 예를 들어 웨이퍼에 반응물 가스의 균일한 분배를 발생시킨다.
일 실시예에서, 챔버 본체(490) 및 기판(300)에서의 온도는 반응물 가스를 열분해시키기에 충분한 미리 결정된 정도로 유지되어 반응물 가스가 기판(300) 상에 실리콘 산화물 필름을 형성한다. 바람직한 실시예에서, 기판(300)은 기판(300)을 가열시키는 히터 포켓(405) 및 히터(480)를 구비함으로써 얻어지는 700℃의 온도를 갖는다.
반응물 가스가 챔버(490) 내로 분사되고 바람직한 온도 및 압력이 일정하게 유지되면서, 반응물 가스는 열분해되고, 실리콘 및 산소 중간체가 반응하고 기판(300)의 표면상에 실리콘 산화물 필름을 형성한다. 실리콘 산화물 필름의 바람직한 두께, 프로세싱 온도 및 압력, 뿐만 아니라 모든 반응물 가스의 유속에 따라, 증착 프로세스는 30초 내지 90초가 걸린다. 실리콘 산화물 필름의 두께는 그러므로 증착 시간에 의해 제어될 수 있다. (소정의 프로세싱 변수 하에서 다양한 두께의 실리콘 산화물 필름에 대한 예시적인 증착 시간에 대한 표 1 참조). 반응물 가스의 분해 속도를 용이하게 하는데 필요한 플라즈마, 광자, 또는 촉매와 같은 외부 여기 소오스가 없음을 주목한다.
Figure 112009059513758-PAT00001
증착 중에, 챔버(490)는 두 개의 구역으로 효과적으로 분리되며, 제 1 챔버 영역은 히터 포켓(405)의 위표면 상의 영역이고 제 2 챔버 영역은 히터 포켓(405)의 아래 표면 아래의 영역이다. 일반적으로 실리콘 산화물 필름의 형성을 제 1 영역에 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 증착 중에, 불활성 바닥 세정 가스(예를 들어, 질소, 아르곤, 또는 헬륨)가 제 2 챔버 영역에서 필름 형성을 방지하기 위해 제 2 챔버 영역 내로 유입된다. 바닥 세정 가스는 분기관(401D)으로부터 방출되고 챔버(490)의 바닥 측벽에 분사될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 증착이 완료될 때, 증착된 실리콘 산화물 필름을 갖는 기판(300)은 도 2에 도시된 프로세스(200)의 단계(208)에서 설정된 산화 소오스 가스(예를 들어, 질소 산화물)로 후처리된다. 예비처리 단계(204)와 유사하게, 전환 가스 라인, 출구 가스 라인(B)은 작동되어 실리콘 소오스 가스의 챔버(490) 내로의 유동을 정지시킨다. 상기 실시예에서, 단지 산화 소오스 가스가 후처리를 위해 약 10초 동안 챔버(490) 내에 공급된다. 후처리는 기판(300) 상의 비반응 질소 산화물 사이트를 종결시킨다. 후처리는 또한 실리콘 산화물 필름에 대한 표면 조도 및 필름 두께 불균일성을 최소화시킨다. 그러나 후처리는 불필요하고 양호한 실리콘 산화물 필름이 전술한 방법으로 달성될 수 있다. 실리콘 소오스 가스의 전환은 일정 유속을 유지시키고 처리될 다중 기판이 존재하는 경우 실리콘 소오스 가스에 대해 바람직한 유속을 재형성할 필요성을 방지시킨다. 그러므로 일정한 양의 실리콘 소오스 가스가 하나의 프로세스 작동으로부터 다음 작동까지 용이하게 얻어질 수 있다.
증착이 완료될 때, 챔버(490)는 프로세스 흐름도(200)의 단계(210)에 설정된 것처럼 세정될 수도 있다. 세정은 예를 들어 질소와 같은 불활성 가스를 챔버(490) 내에 미리 결정된 시간 동안 유동시킴으로써 달성된다. 세정은 질소를 분기관(401A)으로부터 챔버(490) 내로 방출시킴으로써 수행될 수도 있다. 세정은 또한 세정 가스로 챔버(490)를 세정함을 의미한다. 세정 가스는 또한 분기관(401A)으로부터 챔버(490)로 방출될 수 있다. 후속적인 프로세싱이 필요하다면, 세정은 실리콘 소오스 가스의 유동이 전환되면서 수행되어야 한다.
증착 완료 시에, 증착된 실리콘 산화물 필름을 갖는 기판(300)은 전술된 메카니즘에 따라 히터 포켓(405)의 표면으로부터 분리된다.
실리콘 소오스 가스 및/또는 산화 소오스 가스의 유동비와 같은 프로세스 변수를 변경시킴으로써 조절가능한 에칭 속도를 갖는 실리콘 산화물 필름을 형성할 수 있다. 실리콘 소오스 가스 및/또는 산화 소오스 가스의 유동비, 증착 시간, 증착 온도, 및 증착 압력과 같은 프로세스 변수를 변경시킴으로써 조절가능한 스텝 커버리지(물리적 커버리지) 및 등각성(패턴 상의 전기적 및 물리적 균일성)을 갖는 실리콘 산화물 필름을 형성할 수 있다. 예를 들어 증착 프로세스 중에 N2O : SiH4의 유동비의 증가가 형성된 실리콘 산화물 필름의 스텝 커버리지를 증가시킴을 도시하는 도 14를 참조한다. 또 다른 실시예로서, 증착 프로세스에 대한 온도의 증가가 형성된 실리콘 산화물 필름의 스텝 커버리지를 증가시킴으로 도시하는 도 15를 참조한다.
도 3은 본 발명의 또 다른 예시적인 방법(300)의 흐름도를 도시한다. 바람직한 실시예에서, 증착 후의 다음 단계는 증착된 실리콘 산화물 필름을 갖는 기판을 어닐링하는 것이다(도 3, 단계(302) 참조). 어닐링 단계는 모든 산화물 필름에 대해 필요한 것은 아니다. 그러나 어닐링은 어닐링을 수반하지 않은 것과 비교할 때 우수한 에칭 특성으로 확인되는 것처럼 최종 필름을 개선시킬 수도 있다. 본 실시예에 따라 기판을 어닐링하는 것은 어플라이드 머티어리얼스사에 의해 제조된 RTP 시스템을 이용한 급속 열 프로세싱을 통해 수행된다. 증착된 필름은 단계(304)에서 설정된 것처럼 RTP 챔버 내에서 15 내지 120초 동안 800℃ 내지 1200℃ 범위의 온도까지 가열됨으로써 어닐링된다.
바람직한 방법에서, 이용된 어닐링 소오스 가스는 예를 들어 증착을 위해 사용된 동일한 소오스 가스이고, 질소 산화물이 산화 소오스 가스로 사용된다면 질소 산화물이 어닐링 소오스 가스로 사용된다. 이러한 방식으로 실리콘 산화물 필름에 신규한 화학물이 유입되지 않는다. 다른 어닐링 소오스 가스로는 산소, 질소, 아르곤, 및 오존을 포함한다. 일 예에서, 실리콘 산화물 필름은 질소 산화물의 RTP(등록 상표) 챔버 내에서 900℃에서 60초 동안 어닐링된다.
전술된 예시적인 방법에 따라 형성된 실리콘 산화물 필름은 20Å/분 내지 2000Å/분 범위의 성장 속도를 갖는다. 실리콘 산화물 필름은 또한 10Å 내지 3000Å 범위의 두께를 갖는다. 실리콘 산화물 필름은 약 129Å/분의 습식 에칭(60초 동안 100 : 1 HF에서 습식 에칭) 속도를 갖는다. 대안적으로, 질소 산화물의 RTP(등록 상표) 챔버에서 어닐링될 때, 실리콘 산화물 필름은 약 77Å/분의 습식 에칭(120초 동안 100 : 1 HF에서 습식 에칭) 속도를 갖는다. 어닐링이 수행되지 않으면, 실리콘 산화물 필름에 대한 습식 에칭 속도는 약 211Å/분이다. 전술된 방법 하에서 형성된 실리콘 산화물 필름의 다른 특성은 1.2% 이하의 불균일성(49포인트, 3mmEE, 1σ), 30Å/분 내지 2000Å/분 범위의 제어가능한 성장 속도, 1.43 내지 1.47 범위의 조절가능한 굴절률, 및 매우 낮은 입자 애더(particle adder)를 갖는 산화물 필름을 포함한다.
도 7은 전술된 방법 하에서 형성된 실리콘 산화물 필름의 증착을 요약한다. 박스(702) 내의 실리콘 소오스 가스는 박스(704) 내의 캐리어 가스와 혼합되어 캐리어(706) 내의 실리콘 소오스 가스를 형성한다. 캐리어(706) 내의 실리콘 소오스 가스는 산화 소오스 가스(708)와 혼합되어 반응물 가스(710)의 혼합물을 야기한다. 실리콘 소오스 가스 대 산화 소오스 가스에 대한 유동비는 1 : 50 내지 1: 10000 범위이다. 반응물 가스(710)는 전술된 것처럼 증착 챔버 내의 기판상에서 열분해되고 실리콘 산화물 필름은 박스(712 및 714)에 나타난 것처럼 형성된다.
*표 1은 60Å 내지 1000Å 범위의 다양한 두께의 실리콘 산화물 필름을 형성하는데 사용되는 예시적인 변수를 도시한다. 이들 변수가 10Å 내지 3000Å 범위의 두께와 같은 다른 두께를 갖는 실리콘 산화물 필름을 형성하기 위해 수정될 수 있음을 이해해야 한다. 섹션 1은 형성되는 실리콘 산화물 필름, 예를 들어 60Å 실리콘 산화물 필름의 두께를 나타낸다. 섹션 2는 증착 전에 기판(300)의 예비처리를 위한 변수를 나타낸다. 섹션 3은 증착 변수를 나타낸다. 섹션 4는 후처리 변수를 나타낸다. 그리고 섹션 5는 세정 변수를 나타낸다. 각각의 섹션 내에, 목록화된 조건은 처리 시간, 프로세스 온도, 프로세스 압력, 및 증착에 사용되는 가스에 대한 유속을 포함한다. 설명의 목적으로, 예비처리 중에 60Å 실리콘 산화물 필름을 형성하기 위해 500sccm의 질소 산화물(N2O)이 챔버(490)에 공급되고, 5000sccm의 질소(N2) 캐리어 가스와 혼합된 1sccm의 실란(SiH4)이 챔버(490)로부터 전환된다. 10초의 예비처리 후에, 질소 캐리어 가스 내의 실란 가스가 전처리와 동일한 유속(예를 들어, 1sccm의 실란과 5000sccm의 질소)에서 챔버(490) 내에 분사된다. 다른 모든 변수는 동일하게 유지된다. 실리콘 산화물 필름의 형성(증착)을 위해 40초가 허용되어 60Å 두께의 필름을 달성한다. 증착 후에, 실란 및 질소 캐리어 가스는 다시 한번 챔버로부터 전환되고 N2O는 10초 동안 500sccm으로 챔버에 계속 유동된다. 이는 후처리로 지칭된다. 세정이 필요하다면, 캐리어 가스는 챔버 내로 계속 유동된다. 질소와 같은 불활성 가스는 내내 히터의 바닥 측부에서의 증착을 방지하기 위해 챔버(490)의 바닥 측부에 4000sccm으로 유입된다.
전술된 방법은 실리콘 옥시나이트라이드 필름과 같은 다른 실리콘 필름의 증착을 위해 사용될 수 있다. 도 8은 실리콘 옥시나이트라이드 필름을 형성하는 예시적인 프로세스를 도시하며 여기서 실리콘 소오스 가스(802)는 캐리어 가스(804, 예를 들어, 수소, 질소, 아르곤, 크세논, 및 헬륨)와 질화 소오스 가스(805, 예를 들어 암모니아(NH3), 및 히드라진(N2H4))와 혼합된다. 질화 소오스 가스(806) 내의 실리콘 소오스 가스(806)는 그 후 산화 소오스 가스(808)와 혼합되어 반응물 가스(810)를 형성한다. 실리콘 소오스 가스는 실란, 디실란, 또는 할로겐화된 실란일 수 있다. 산화 소오스 가스는 산소, 오존, TEOS, 또는 질소 산화물일 수 있다.
일 실시예에서, 실리콘 옥시나이트라이드 필름이 형성되는 기판이 챔버(490) 내에 위치된다. 챔버(490)는 그 후 전술한 것처럼 바람직한 프로세싱 온도 및 압력을 얻게 된다. 일 예에서, 바람직한 프로세싱 온도는 400℃ 내지 800℃ 범위이고 프로세싱 압력은 50토르 내지 350토르 범위이다.
기판은 그 후 전술된 프로세스(200)의 단계(204)와 유사한 소오스 가스로 예비처리된다. 일 예에서, 산화 소오스 가스, 예를 들어 질소 산화물이 바람직한 유속으로 챔버(490)에 공급된다. 예시적인 바람직한 유속은 500sccm 내지 1500sccm 범위의 유속이다. 전술한 실리콘 산화물 필름에 대한 증착 프로세스와 유사하게, 예비처리 단계 중에 실리콘 소오스 가스는 챔버(490)로부터 전환된다. 실리콘 소오스 가스의 전환은 실리콘 소오스 가스가 바람직한 유속을 달성하도록 증착에 바람직한 유속으로 설정되고 증착 전에 바람직한 일정 유속을 유지시킨다. 일 예에서, 실리콘 소오스 가스에 대한 바람직한 유속은 1sccm 내지 2sccm 범위이다. 예비처리는 일반적으로 3 내지 10초 동안 지속된다.
예비처리 완료 시에, 기판은 실리콘 옥시나이트라이드의 증착을 위해 대기 상태에 있다. 실리콘 소오스 가스는 전환 가스 라인용 출구 가스 라인(B)을 차단시킴으로써 챔버(490) 내에 분사된다. 이때, 실리콘 소오스 가스는 이미 바람직한 일정 유속을 달성했다. 실리콘 산화물 필름을 형성하는 방법과 유사하게, 실리콘 소오스 가스와 NH3 또는 N2H4 및 산화 소오스 가스는 챔버(490) 내에 혼합물로서 분사되기 전에 혼합기(421)에서 혼합된다. 반응물 가스(810)는 1 : 50 내지 1 : 10000 범위의 실리콘 소오스 가스 대 산화(또는 질화) 소오스 가스의 유동비를 갖는다.
챔버(490) 내에서, 이들 소오스 가스들은 열분해되어 기판상에 실리콘 옥시나이트라이드 필름을 형성한다. 다시, 플라즈마, 광자, 또는 촉매와 같은 외부 여기 소오스는 존재하지 않는다. 증착 프로세스는 그 후 실리콘 산화물 필름에 대해 전술된 방법에 따라 완료될 수 있다.
증착 압력, 온도, 및 반응물 가스의 유속 및 농도는 실리콘 옥시나이트라이드 필름이 30Å/분 내지 3000Å/분 범위의 속도로 증착되도록 선택되며 50 내지 100Å/분이 바람직하다. 실리콘 옥시나이트라이드 필름에 대한 바람직한 성장 속도는 60Å/분이다. 실리콘 산화물 필름의 증착과 유사하게, 온도, 압력, 및 반응물 가스의 농도 및/또는 비율에 따라, 필름의 두께는 증착 시간을 변경시킴으로써 제어될 수 있다.
실리콘 산화물 필름의 증착과 유사하게, 실리콘 소오스 가스, 질화 소오스 가스, 및/또는 산화 소오스 가스와 같은 프로세스 변수를 변경시킴으로써 조절가능한 에칭 속도를 갖는 실리콘 옥시나이트라이드 필름을 형성할 수 있다. 실리콘 소오스 가스, 질화 소오스 가스, 산화 소오스 가스, 증착 온도, 및/또는 증착 압력과 같은 프로세스 변수를 변경시킴으로써 조절가능한 스텝 커버리지(물리적 커버리지) 및 등각성(패턴 상의 전기적 및 물리적 균일성)을 갖는 실리콘 옥시나이트라이드 필름을 형성할 수 있다.
또한, 실리콘 소오스 가스, 질화 소오스 가스, 산화 소오스 가스의 유동비, 증착 온도, 및/또는 증착 압력과 같은 프로세스 변수를 변경시킴으로써 조절가능한 광학 특성(예를 들어, 굴절률 및 흡광계수)을 갖는 실리콘 옥시나이트라이드 필름을 형성할 수 있다. 낮은 증착 압력으로 제한되는 종래의 로 시스템(예를 들어, LPCVD 시스템 100) 또는 플라즈마-CVD 시스템과 달리, 본 발명의 실시예는 낮은 압력 또는 온도에 제한되지 않는다. 예를 들어, 로 시스템에서 압력의 증가는 바람직하지 않은 가스상 반응을 야기할 것이다. 더욱이, 증착 챔버 내로 유입되는 실리콘 소오스 가스와 산화 소오스 가스는 증착 프로세스 중에 용이하게 제어, 변경 및/또는 미세 조정될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 두께를 제어하는 증착 시간은 다음의 식, [굴절률 = n(λ) + ik(λ)]로 표현되는 필름의 광학 특성을 조절하는데 이용된다. "n"은 굴절률을 나타내며, "i"는 허수 복소수를 나타내며, "k"는 흡광계수를 나타내며 λ는 파장을 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, "n" 및/또는 "k"의 조절은 굴절률에 대해 상이한 값을 야기한다. 도 11의 라인 1122로 도시된 것처럼, 두께(라인 1126으로 표시됨)가 증가함에 따라, 굴절률(라인 1122로 표시됨)은 증가한다. 유사하게, 도 11의 라인 1104로 도시된 것처럼, 두께(라인 1126으로 표시됨)가 증가함에 따라, 흡광계수(라인 1124로 표시됨)는 증가한다. 두께의 증가는 증가 시간에 의해 제어되고, 예를 들어 180초의 증착 시간은 160Å의 두께를 제공하고 600초의 증착 시간은 860Å의 두께를 제공한다.
또 다른 예시적인 실시예에서, 증착 압력은 필름의 광학 특성을 조절하기 위해 사용된다. 도 12의 라인 1202로 도시된 것처럼, 압력(라인 1206으로 표시됨)이 증가함에 따라, 굴절률(라인 1202로 표시됨)은 감소한다. 역으로, 도 12의 라인 1204에 도시된 것처럼, 압력(라인 1206으로 표시됨)이 증가함에 따라, 흡광계수(라인 1204로 표시됨)는 증가한다. 압력의 증가는 또한 두께를 제어하며, 예를 들어 100토르의 압력은 568Å의 두께를 제공하고 200토르의 압력은 835Å의 두께를 제공한다.
또 다른 예시적인 실시예에서, 질화 소오스 가스 대 실리콘 소오스 가스의 유동비는 필름의 광학 특성을 조절하는데 사용된다. 도 13의 라인 1302로 도시된 것처럼, 유동비(라인 1306으로 표시됨)가 증가함에 따라, 굴절률(라인 1302로 표시됨)은 증가한다. 역으로, 도 13의 라인 1304로 도시된 것처럼, 유동비(라인 1306으로 표시됨)가 증가함에 따라, 흡광계수(라인 1304로 표시됨)는 감소한다. 유동비의 증가는 또한 실리콘 옥시나이트라이드의 두께를 제어하며, 예를 들어 125(NH3 : SiH4)의 유동비는 835Å의 두께를 제공하며 250(NH3 : SiH4)의 유동비는 453Å의 두께를 제공한다. 그러므로 실리콘 옥시나이트라이드 필름의 두께는 광학 특성의 지표일 수 있다.
도 9는 다수의 프로세싱 챔버를 포함하는 예시적인 클러스터 툴(1100)을 도시한다. 클러스터 툴(1100)은 실리콘 산화물 증착 챔버(1102), RTP 챔버(1104), 및 실리콘 옥시나이트라이드 증착 챔버(1106)를 포함한다. 각각의 실리콘 산화물 증착 챔버(1102)와 실리콘 옥시나이트라이드 증착 챔버(1106)는 전술된 열적 LPCVD 증착 챔버(400)와 매우 유사하다. 클러스터 툴(1100)은 또한 웨이퍼 핸들러(1009, 예를 들어 로봇)를 구비한 전달 챔버(1108)를 포함하며, 웨이퍼 핸들러는 전달 블레이드(도시 않음)에 연결된 로봇 아암(1012)에 연결된다. 전달 블레이드는 도 5에 도시된 전달 블레이드(441)와 유사하다. 전달 블레이드는 웨이퍼를 전술된 챔버 중 하나에 장착하기 위해 사용된다. 전달 챔버(1108)는 또한 처리될 웨이퍼 기판을 저장하는 로드록 시스템(1110)에 연결된다. 일 예에서, 로봇은 로드록 시스템(1110)으로부터 기판(예를 들어, 웨이퍼)을 제거하고 프로세스 프로토콜에 따라 적절한 챔버에 위치시킨다. 전달 챔버(1108)는 일반적으로 감압 상태로 설정된다. 클러스터 툴(1100)은 웨이퍼가 로드록 시스템(1110)에 있을 때 각각의 챔버 내의 작동 조건이 영향을 받지 않는 압력으로 설정된다. 다중 프로세싱이, 예를 들어 실리콘 산화물층을 증착하는 단계, 실리콘 나이트라이드층을 증착하는 단계, 실리콘 산화물층을 증착하는 단계, 및 그 후 기판을 어닐링하는 단계와 관련될 때, 클러스터 툴(1100)은 각각의 증착 단계를 위해 기판을 하나의 챔버로부터 다음 챔버로 이동시키는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 산화물 필름을 증착하고 증착 후에 기판을 어닐링하기 위해, 웨이퍼 핸들러(1009)는 기판을 로드록(1110)으로부터 제거하고 기판을 실리콘 산화물 필름의 증착을 위해 챔버(1102) 내에 위치시킨다. 웨이퍼 핸들러(1009)는 그 후 챔버(1102)로부터 기판을 제거하고 어닐링을 위해 기판을 챔버(1104) 내에 위치시킨다.
전술된 방법은 다중 실리콘 필름을 갖는 소자를 제조하기 위해 이용된다. 이러한 응용은 예를 들어, 트랜지스터에서 플래시 메모리 게이트용 ONO(실리콘 산화물/실리콘 나이트라이드/실리콘 산화물) 스택, ONO 스페이서, 라이너 산화물 트렌치, 및 MOS 트랜지스터 내의 측벽 스페이서의 제조를 포함한다.
ONO 스택은 트랜지스터 또는 캐패시터와 같은 전자 소자에서 절연층으로 작용하는 인터폴리(interpoly) 유전체층으로서 공지되어 있다. 모든 다중 실리콘 필름은 "인시츄(insitu)" 방식으로 또는 동일 챔버(즉, 챔버(490))에서 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 실리콘 필름은 또 다른 필름상에 하나의 필름의 증착 전에 산화 분위기 또는 오염물에 노출되지 않아서 청정한 인터페이스가 필름 사이에 달성될 수 있다. 대안적으로, 필름은 예를 들어 도 9에 도시된 클러스터 툴(1100)을 이용함으로써 다중 챔버 내에서 형성될 수 있다.
전술된 방법은 도 10a 내지 도 10f에 도시된 바와 같이 전자 소자의 스페이서를 형성하는데 이용될 수 있다. 전자 소자는 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이 게이트 유전체층(1002)을 갖는 기판(300)을 포함한다. 기판(300)은 반도체 소자를 형성하는데 이용되는 단결정 실리콘, 단결정 반도체 웨이퍼, 또는 다른 기판일 수 있다. 이러한 형태의 소자에서, 기판(300)은 일반적으로 기판(300)에 형성되는 개별 트랜지스터(도시 않음)를 고립시키기 위해 LOCOS 또는 STI(Shallow Trench Isolation)와 같은 고립 영역(도시 않음)을 포함할 것이다. STI 영역은 전술된 예시적인 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 일 예에서, 전자 소자가 트랜지스터인 경우, 기판(300)은 p-타입 트랜지스터 또는 n-타입 트랜지스터용으로 적절한 불순물로 도핑될 수 있다. 게이트 유전체(1002)는 실리콘 이산화물, 실리콘 옥시나이트라이드, 또는 질화 산화물과 같은 반도체 소자용으로 적절한 절연 재료로 제조될 수 있다. 게이트 유전체(1002)는 종래기술에서 실행되는 열적 산화 웰에 의해 기판(300) 상에 증착될 수 있다.
다음, 도 10c에 도시된 바와 같이, 폴리실리콘과 같은 게이트 전극 필름(1003)은 게이트 유전체(1002) 상에 블랭킷 증착된다. 다음, 도 10d에 도시된 바와 같이, 공지된 포토리소그래피 및 에칭 기술이 게이트 전극(1003) 및 게이트 유전체(1002) 내에 필름을 패턴화하기 위해 이용된다. 바람직하다면, 이때 공지된 이온 임플란테이션(ion implantation)과 같은 도핑 기술이 소스/드레인 연장부 또는 팁 영역(1005)을 형성하기 위해 이용될 수 있다. 도 10e는 전술된 방법이 전자 소자용 스페이서를 형성하기 위해 어떻게 적용되는지를 도시한다. 상기 실시예에서, 층(1004)은 전술된 방법에 따라 증착된(블랭킷 증착을 통해) 실리콘 산화물 또는 실리콘 옥시나이트라이드 필름이다. 층(1006)은 또한 전술된 방법에 따라 증착된 실리콘 나이트라이드 필름이다. 그리고 층(1008)은 전술된 방법에 따라 증착된 또 다른 실리콘 산화물 또는 실리콘 옥시나이트라이드 필름이다. 각각의 층은 전술된 클러스터 툴(1100)을 이용하여 별도의 챔버에서 형성되거나 하나의 챔버 내에서 인 시츄 방식으로 형성될 수 있다. 실리콘 산화물 층(1004 및 1008)은 반응물 가스로서 실리콘 소오스 가스(예를 들어, 실란, 디실란, 및 메틸실란)와 산화 소오스 가스(예를 들어 질소 산화물)로 형성될 수 있다. 실리콘 나이트라이드층(1006)은 실리콘 소오스 가스(예를 들어, 실란, 디실란, 및 메틸실란) 및 암모니아와 같은 질화 소오스 가스로 형성될 수 있다. 산화 소오스 가스는 불필요하다. 모든 층(1004, 1006, 및 1008)은 ONO 스택(1010)을 구성한다. 본 발명에 따라 형성된 ONO 스택(1010)은 적용 분야에 따라 각각의 층이 상이한 두께를 가질 수도 있다. 온도, 압력, 및 반응물 가스의 농도 및/또는 비율에 따라 각각의 필름의 두께는 증착 시간을 변경시킴으로써 제어될 수 있다. 제 1 실리콘 산화물층(1004) 및 제 2 실리콘 이산화물층(1008)은 각각 고온 필름, 중간 온도, 저온 필름 또는 이들의 조합물일 수 있다. 다음, ONO 스택(1010)은 도 10f에 도시된 바와 같이 스페이서(1010)를 형성하기 위해 종래의 방법을 이용하여 이방성 에칭될 수 있다. 스페이서(1010)는 고 도핑 및/또는 깊은 소스/드레인 영역(1022)을 형성하기 위해 임플란트(implant)를 스페이스시키는데 이용될 수 있다.
도 10g는 본 발명의 방법을 이용하여 제조된 예시적인 플래시 메모리를 도시한다. 도 10g에서, 기판(300)은 게이트 유전체층(1002)과 종종 플로팅 게이트 전극으로 지칭되는 게이트 전극(1003)을 포함한다. 게이트 유전체층(1002) 및 게이트 전극(1003)은 이전 실시예(도 10a 내지 도 10f에서 논의됨)에서 이용된 방법을 이용하여 형성된다. ONO 스택(1010)은 전술된 것처럼 블랭킷 증착된다. 추가적으로, 제어 전극(1012, 예를 들어 화학 기상 증착을 통해)이 도 10h에 도시된 바와 같이 ONO 스택 상에 증착된다. 마지막으로, 마스킹, 에칭, 및 도핑 방법이 도 10i에 도시된 바와 같이 플래시 메모리 소자를 형성하기 위해 이용된다.
본 발명의 또 다른 적용 분야는 동일한 기판 내에 있는 상이한 다수 형태의 미소 전자 소자를 포함할 수도 있는 소자에 관한 것이다. 이러한 예는 p-타입 및 n-타입 트랜지스터를 모두 포함하는 상보형 금속 산화막 반도체(CMOS) 소자이다.
본 발명은 산화물 필름을 증착에 대한 낮은 열부담(thermal budget)을 가능케 한다. 전술된 필름의 열부담은 종래 기술의 로 시스템(100)을 이용하여 증착된 필름의 것보다 몇 차수 작다. 본 발명의 방법은, 증착을 위해 2시간의 노출을 요구하는 종래의 로 시스템(100)과 비교할 때, 매우 짧은 노출 시간, 1 내지 2분 후에 단일 낮은 온도, 중간 온도 및 고온 필름의 증착을 가능케 한다. 더욱이, 본 발명은 압력 증가가 바람직하지 않은 가스상 반응 및 반응 부산물을 야기할 수도 있는 종래 기술의 로 시스템(100)보다 훨씬 높은 총 압력에서 저온, 중간 온도 또는 고온 필름의 증착을 가능케 한다. 그러므로 본 발명은 UV 방사, 촉매, 또는 플라즈마 여기와 같은 외부 여기 소오스의 필요성 없이 신속하고 효과적인 방식으로 실리콘 산화물 필름의 열적 증착을 허용한다.
본 발명은 또한 웨이퍼에 걸쳐 균일한 두께와 필름 특성을 생산한다. 증착 챔버는 잔류 반응물 가스를 제거하기 위해 각각의 증착 후에 세정되기 때문에 반응물 가스는 맑고 균일하다. 본 발명에는 종래의 로 시스템(100)에서 관찰되는 바와 같이 고갈 효과가 없다.
더욱이, 실리콘 소오스 가스의 전환은 반응물 농도의 반복가능성을 보장한다. 웨이퍼 증착 사이에 실리콘 소오스 가스의 전환은 산화물 필름 두께가 실리콘 소오스 가스 유동에 임의의 요동을 방지하면서 균일할 것을 보장한다. 이는 증착 챔버 내의 가스 소오스의 분압을 손상시키지 않으면서 매우 소량의 실리콘 소오스 가스의 이용을 가능케 하여, 웨이퍼에 걸쳐 두께 균일성을 보장한다.
도 4에 도시된 LPCVD 장치(400)를 다시 참조하면, 장치(400)는 프로세서/제어기(900) 및 하드 디스크 드라이브와 같은 메모리(902)를 포함한다. 프로세서/제어기(900)는 단일 보드(SBC) 아날로그 및 디지탈 입력/출력 보드, 인터페이스 보드 및 스테퍼 모터 제어기 보드를 포함한다. 프로세서/제어기(900)는 LPCVD 챔버의 모든 작동을 제어한다. 시스템 제어기는 메모리(902)와 같은 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램인 시스템 제어 소프트웨어를 실행한다. 컴퓨터 프로그램은 시간, 가스 혼합, 챔버 압력, 히터 온도, 전력 공급원, 히터 포켓 위치, 및 본 발명의 실리콘 산화물 필름 또는 다중 필름 증착 프로세스의 다른 변수를 지시하는 명령어 세트를 포함한다. 컴퓨터 프로그램 코드는 68000 어셈블리 언어, C, C++, 파스칼, 포트란 등과 같은 종래의 컴퓨터 판독 가능 프로그래밍 언어로 기록될 수 있다. 프로세스 가스 혼합, 압력 제어, 및 히터 제어를 실행하는 서브루틴은 메모리(902) 내에 저장된다. 메모리(902) 내에는 20Å/분 내지 2000Å/분 범위의 성장 속도를 갖는 저온, 중간 온도, 또는 고온 필름을 형성하기 위해 필요한 프로세스 가스 유속 및 조성, 온도, 및 압력과 같은 프로세스 변수가 저장되며, 여기서 실리콘 소오스 가스와 산화 소오스 가스는 증착 챔버 내의 열 에너지 공급원을 이용하여 분해되고, 상기 실리콘 소오스 가스 대 상기 산화 소오스 가스의 비율은 전술한 것처럼 1 : 50 내지 1 : 10000(실리콘 소오스 가스 대 산화 소오스 가스) 범위이다. 그러므로 본 발명의 실시예에 따라 LPCVD 챔버(490)는 실리콘 소오스 가스 및 산화제 가스 혼합물을 챔버(490)에 제공하고; 히터 포켓(405)을 300 내지 900℃ 범위의 온도로 가열시키고; 그리고 실리콘 산화물 필름/실리콘 옥시나이트라이드가 기판상에 열적 화학 기상 증착에 의해 증착될 수 있도록 챔버(490) 내에 50 내지 350토르 범위의 압력을 발생시키는 프로세스 변수 및 메모리(902) 내의 명령어를 포함하며, 실리콘 소오스 가스는 선택적으로 캐리어 가스와 함께 챔버(490) 내로 방출되고 산화 소오스 가스의 양은 실리콘 소오스 가스의 양보다 상당히 많다(50 : 1 내지 10000 : 1).
그러므로 저온, 중간 온도 및 고온 실리콘 필름 및 그 제조 방법이 개시되었다.
도 1은 종래 기술의 예시적인 LPCVD 시스템의 도면이며,
도 2는 실리콘 산화물 필름이 형성되는 본 발명의 예시적인 방법을 도시하는 흐름도이며,
도 3은 본 발명의 예시적인 어닐링 프로세스의 흐름도이며,
도 4는 본 발명의 실리콘 산화물 필름을 형성하는데 사용될 수 있는, "웨이퍼 프로세스" 위치의 저항식 히터를 포함하는 예시적인 열적 저압 화학 기상 증착 프로세싱 챔버의 횡측면도이며,
도 5는 "웨이퍼 로드" 위치에 있는 도 4와 유사한 횡측면도이며,
도 6은 "웨이퍼 분리" 위치에 있는 도 4와 유사한 횡측면도이며,
도 7은 기판상에 실리콘 산화물 필름을 형성하는 예시적인 반응 단계를 도시하며,
도 8은 기판상에 실리콘 옥시나이트라이드를 형성하는 예시적인 반응 단계를 도시하며,
도 9는 산화물 필름을 증착하고 증착된 산화물 필름을 갖는 기판을 어닐링하는 다중 챔버를 포함하는 예시적인 시스템을 도시하며,
도 10a 내지 도 10f는 본 발명에 개시된 예시적인 방법에 따라 제조된 ONO 스페이서를 도시하며,
도 10g 내지 도 10i는 본 발명에 개시된 예시적인 방법에 따라 제조된 예시적인 플래시 메모리 소자를 도시하며,
도 11은 본 발명에 따라 형성된 실리콘 옥시나이트라이드의 광학 특성에 대한 증착 시간 및 두께 효과를 도시하며,
도 12는 본 발명에 따라 형성된 실리콘 옥시나이트라이드의 광학 특성에 대한 압력 효과를 도시하며,
도 13은 본 발명에 따라 형성된 실리콘 옥시나이트라이드의 광학 특성에 대한 실리콘 소오스 가스와 질화 소오스 가스의 유동비의 효과를 도시하며,
도 14는 본 발명에 따라 형성된 실리콘 산화물 필름의 스텝 커버리지에 대한 산화 소오스 가스와 실리콘 소오스 가스의 유동비의 효과를 도시하며,
도 15는 본 발명에 따라 형성된 실리콘 산화물 필름의 스텝 커버리지에 대한 히터 온도의 효과를 도시하며,
표 1은 실리콘 산화물 필름을 형성하는 예시적인 변수를 나타낸다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
300: 기판 401: 가스 패널 시스템
405: 히터 포켓 420: 분배 포트
421: 가스 혼합기 425: 페이스 플레이트 또는 샤워 헤드
430: 챔버 리드 433: 도관
434: 스로틀 밸브 440: 개구
445: 챔버 본체 450: 제 1 가열 소자
455: 통로 457: 제 2 가열 소자
460: 승강 조립체 465: 샤프트
470: 열전쌍 475: 승강 플레이트
480: 저항식 히터 485: 펌핑 플레이트
490: 반응 챔버 495: 승강 핀
900: 프로세서/제어기 902: 메모리
1002: 유전체층 1003: 게이트 전극 필름
1009: 웨이퍼 핸들러 1012: 로봇 아암
1100: 클러스터 툴 1104: RTP 챔버
1106: 증착 챔버 1108: 전달 챔버
1110: 로드록 시스템

Claims (5)

  1. 산화물 필름의 형성 방법으로서,
    열적 저압 화학 기상 증착 프로세스를 이용하여 기판상에 산화물 필름을 형성하도록 설계된 증착 챔버 내에 기판을 위치시키는 단계로서, 상기 증착 챔버가 저온벽 증착 챔버를 생성시키는 물 통로, 상기 기판을 가열시키는 저항 가열식 히터 포켓 및 상기 증착 챔버 내로 반응물 가스를 분사하기 위한 가스 분배점을 포함하며, 상기 기판이 상기 히터 포켓 상에 수평으로 위치되는, 기판을 위치시키는 단계,
    실리콘 소오스 가스와 산화 소오스 가스를 상기 저항 가열식 히터 포켓 위에 위치된 상기 분배점으로 유동시키는 단계,
    상기 증착 챔버로부터의 열 에너지 공급원을 이용하여 상기 실리콘 소오스 가스와 상기 산화 소오스 가스를 분해시키는 단계, 및
    상기 기판상에 상기 산화물 필름을 형성시키는 단계를 포함하는
    산화물 필름의 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 소오스 가스는 실란, 디실란, 메틸실란, 및 할로겐화된 실란으로 구성된 그룹으로부터 선택되는
    산화물 필름의 형성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 옥시나이트라이드 필름을 형성하는 단계 전에 상기 실리콘 소오스 가스를 상기 산화 소오스 가스와 혼합시키는 단계를 더 포함하는
    산화물 필름의 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 소오스 가스는 질소 산화물, 오존, 및 TEOS로 구성된 그룹으로부터 선택되는
    산화물 필름의 형성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 질화 소오스 가스는 암모늄 소오스 가스, 암모니아, 및 히드라진으로 구성된 그룹으로부터 선택되는
    산화물 필름의 형성 방법.
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