KR930006857A - 실리콘 산화막 제조방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
ECR 플라즈마 CVD장치는 반도체 기판상에 실리콘 산화막을 형성하기 위해 사용된다. 장치내부의 가스 압력은 7×10-3내지 1×10-1Torr의 범위내에서 설정되고 고주파 전력이 기판에 인가된다.
첨두형 자계가 발생되며, 고주파 전계와 첨두형 자계 사이의 공동작용 효과에 의해 막이 개선된 방수성을 갖는다. 장치 내부의 가스 압력은 배기관에 연결된 바이패스 도관의 가스 통로 단면적을 제어하고, 그 중간에 배기관으로 다른 가스를 도입하고, 진공 펌프의 회전수를 제어함으로써 제어된다. 양쪽에 기판으로부터 10cm이하의 거리에 위치된 첨두면을 가진 첨두형 자계가 발생될 수 있도록 서브 솔레노이드는 솔레노이드는 기판의 한 측상의 그 단부가 기판으로부터 10cm이상의 거리에 위치되도록 구성된다.
Description
본 내용은 요부공개 건이므로 전문내용을 수록하지 않았음
제6도는 본 발명에 따른 막 형성시 플라즈마 밀도(전자밀도)와 전자 온도에 대한 마이크로웨이브 전력과 고주파 전력의 기여도를 분리하여 도시하는 그래프,
제7도는 본 발명의 한 실시예에 따른 실리콘 산화막 제조 방법에 의해 형성된 8인치 기판상에 형성된 막의 성장 속도와 막 두께 분포의 각각의 가스 압력에 대한 의존도를 도시하는 그래프,
제8도는 본 발명의 한 실시예에 따른 실리콘 산화막 제조방법에 의해 형성된 8인치 기판상에 형성된 막의 성장 속도의 면분포의 가스 압력에 대한 의존도를 도시하는 그래프,
제9도는 본 발명의 방법에 따른 막 형성시 발생되는 플라즈마의 플라즈마 발광강도의 첨두면(cusp piane)의 위치에 대한 의존도를 기판에 인가되는 RF전력을 파라미터로 이용하여 도시하는 그래프,
제10도는 본 발명의 방법에 따른 막 형성시 전자밀도와 전자 온도의 첨두면의 위치에 대한 의존도를 기판에 인가하는 RF 전력을 파라미터로 이용하여 도시하는 그래프,
제11도는 본 발명의 막 형성시 방수성의 첨두면의 위치에 대한 의존도를 기판에 인가되는 RF전력을 파라미터로 이용하여 도시하는 그래프,
제12도는 기판상에 형성된 실리콘 산화막의 방수성을 검사하는 방법을 예시하는 개략도,
제13도는 본 발명의 방법에 따라 형성된 막의 방수성의 전자 밀도에 대한 의존도를 기판에 인가되는 RF전력을 파라미터로 이용하여 도시하는 그래프,
제14A도는 첨두면이 기판 표면위에 위치하는 경우와 기판의 후방의 무한 거리에 위치하는 경우 사이의 본 발명의 방법의 한 실시예에 따른 막 형성시 첨두면의 위치와 막 형성 온도에 의존하는 방수성에서의 차를 간접적으로 나타내는 적외선 흡수 스펙트럼을 도시하는 도면,
제14B도는 막 형성 온도가 300℃인 경우와 100℃인 경우 사이의 기판의 후방 무한 거리에 첨두면이 위치하여 막 형성이 수행되는 본 발명의 방법의 한 실시예에 따른 막 형성시 첨두면의 위치와 막 형성 온도에 의존하는 방수성에서의 차를 간접적으로 나타내는 적외선 흡수 스펙트럼을 도시하는 도면,
제15도는 본 발명의 한 실시예에 따른 방법에 의한 막 형성이 단차부에서 수행될때의 상태를 도시하는 개략도,
제16도는 가스 유량비 O2SiH4를 약 1로 하여 막 형성시 수행되는 본 발명의 한 실시예에 따른 방법에 의해 형성되는 막 방수성을 간접적으로 나타내는 적외선 흡수 스펙트럼을 도시하는 도면,
제17A도는 막 형성 온도를 약 260℃에서 설정하고 O2가스의 흐름 속도는 변화시키면서 SiH4가스의 흐름속도를 23SCCM에서 고정시켰을때의 O2가스의 유량에 대한 어닐링 전후 각각의 응력에서의 변화를 나타내는 O2가스 유량에 대한 막의 품질의 의존도를 도시하는 그래프,
제18도는 본 발명의 방법에 의한 실리콘 산화막 형성시 막형성 온도 특성을 도시하는 그래프,
제19도는 본 발명의 방법에 의한 막 형성시 전자 밀도와 전자 온도의 기판 표면에서의 분포를 가스 압력을 파라미터로 이용하여 도시하는 그래프,
제20A도는 본 발명의 방법에 의한 막 형성시 반응 가스의 분포가 주변 방향으로 균일할때의 막 두께 분포를 나타내는 플라즈마 반응실내의 반응 가스의 분포에서의 균일성 사이의 관계를 도시하는 등고선도,
제20B도는 본 발명의 방법에 의한 막 형성시 반응가스의 분포가 주변 방향으로 약 1/10만큼 균일하지 않을때의 막 두께 분포를 나타내는 플라즈마 반응실내의 반응 가스의 분포에서의 균일성 사이의 관계를 도시하는 등고선도,
제21A도는 막 형성후 및 어닐링후 각각의 본 발명의 방법에 의해 형성된 막의 응력의 첨두면의 위치에 대한 의존도를 도시하는 그래프,
제21B도는 본 발명의 방법에 의해 형성된 막의 굴절율과 에칭 비율 각각의 첨두면의 위치에 대한 의존도를 도시하는 그래프,
제21C도는 본 발명의 방법에 의해 형성된 막의 성장 속도와 막 두께 분포 각각의 첨두면의 이치에 대한 위존도를 도시하는 그래프.
Claims (25)
- 기판을 지지하는 플라즈마 반응실과 연통해 있는 플라즈마 생성실과 상기 플라즈마 생성실 주위에 동축 관계로 배치되어 있는 여자 솔레노이드를 갖고 있는 ECR플라즈마 CVD장치에서 반도체 기판상에 실리콘 산화막을 제조하는 방법에 있어서, 플라즈마 원료 가스를 상기 플라즈마 생성실에 공급하고, 마이크로웨이브 방사선을 상기 플라즈마 생성실로 도입하고, 상기 플라즈마 생성실내의 전자 사이클로트론 공명 조건에 따라서 자계를 발생하도록 전자 사이클로트론 공명 조건에 따라서 자계를 발생하도록 상기 여자 솔레노이드를 통해 흐르는 전류를 제어함으로써 가스 플라즈마를 발생하는 단계와, 상기 여자 솔레노이드에 의해 발생되는 자력선을 따라 상기 플라즈마 생성실로 부터의 상기 플라즈마를 상기 플라즈마 반응실로 추출하는 단계와, 상기 플라즈마 반응실에 반응 가스를 공급하는 단계와, 상기 플라즈마를 상기 플라즈마 반응실에 배치된 상기 반도체 기판의 표면상으로 향하게 하는 단계와, 7×10-3내지 1×10-1Torr의 범위내에서 상기 플라즈마 반응실내의 가스 압력을 제어하는 단계, 및 상기 반도체 기판에 고주파 전력을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 장치는 반도체 기판 부근에 제2여자 솔레노이드를 더 포함하고 있으며, 상기 방법은 상기 여자 솔레노이드에 의해 발생되는 자계를 한 성분으로서 포함하고 있는 첨두형 자계를 상기 반도체 기판 부근에서 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조방법.
- 제2항에 있어서, 상기 첨두형 자계는, 실리콘 산화막이 형성될 상기 반도체 기판 표면으로부터 최대로 10cm의 양 방향으로의 거리에서 첨두면을 갖는 것을 특징을 하는 실리콘 산화막 제조방법.
- 제3항에 있어서, 상기 플라즈마 원료 가스로서의 O2가스와 상기 가스로서의 SiH4가 150℃ 내지 300℃의 범위내의 기판 온도에서 1.5이상의 유량비 O2/SiH4로 각각 상기 플라즈마 생성실과 상기 플라즈마 반응실에 공급 되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 원료 가스로서의 O2가스와, 상기 반응 가스로서의 SiH4가스가 1±0.2의 유량비 O2/SiH4로 각각 상기 플라즈마 생성실과 상기 플라즈마 반응실에 공급 되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조방법.
- 제2항에 있어서, 상기 플라즈마 원료 가스로서의 O2가스와, 상기 반응 가스로서의 SiH4가스가 1±0.2의 유량비 O2/SiH4로 각각 상기 플라즈마 생성실과 상기 플라즈마 반응실에 공급 되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조방법.
- 제2항에 있어서, 상기 플라즈마 원료 가스로서의 O2가스와, 상기 반응 가스로서의 SiH4가스가, 150℃ 내지 300℃의 범위내의 기판 온도에서 1.5이상의 유량비 O2/SiH4로 각각 상기 플라즈마 생성실과 상기 플라즈마 반응실에 공급 되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조방법.
- 실리콘 산화막 제조장치에 있어서, 마이크로웨이브 발생수단과, 상기 마이크로웨이브 발생수단에 의해 발생된 마이크로웨이브를 전송하기 위한 마이크로웨이브 전송수단과, 하나의 벽을 갖고 있으며, 상기 마이크로웨이브 전송수단과, 연통되어 상기 마이크로웨이브 전송수단과 마주하는 관계로 단부에 경계가 정해진 개구와 가스 공급 수단을 갖고 있는 플라즈마 생성실과, 상기 플라즈마 생성실 주위에 동축 관계로 배치되어 상기 마이크로웨이브와의 공명 효과에 의해 상기 플라즈마 생성실로 도입되는 가스의 플라즈마를 생성하기 위한 자계를 한정해 주기위한 제1여자 솔레노이드과, 상기 개구를 통해 플라즈마 생성실과 연통해 있고, 하나의 측벽과, 기판이 장착되는 기판 지지표면을 가진 기판 홀더와, 상기 플라즈마 반응실에 반응 가스를 공급하기 위한 반응 가스 공급수단과, 플라즈마 반응실과 연통해 있고 진동 펌프를 갖고 있으며 플라즈마 반응실내의 가스를 배기하기 위한 가스 배기수단을 포함하고 있으며, 상기 플라즈마로, 함께 배치된 기판의 표면상에 실리콘 산화막을 형성하기 위한 플라즈마 반응실과, 상기 기판 홀더에 제공되어 상기 기판 홀더의 기판지지 표면상에 기판을 흡착시키기 위한 정전척과, 기판에 대해 상기 제1여자 솔레노이드와 마주하는 관계로 배치되어 상기 기판의 상기 표면 부근에서 상기 제1여자 솔레노이드에 의해 발생되는 자계의 극성과 반대의 극성을 가진 첨두형 자계를 발생하기 위한 제2여자 솔레노이드와, 고주파 전력을 인가하기 위한 전원을 구비하고 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조장치.
- 제8항에 있어서, 상기 제2여자 솔레노이드는 실리콘 산화막이 형성될 상기 기판의 표면에 마주하고 있는 단부를 갖고 있으며, 상기 단부는 실리콘 산화막이 형성될 상기 기판의 표면으로부터 10cm영역에 첨두면을 갖게 되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조장치.
- 제8항에 있어서, 상기 가스 배기 수단은 상기 플라즈마 반응실과 연통해 있고 개폐용 밸브를 갖고 있으며 상기 플라즈마 반응실내의 가스를 배기하기 위한 가스 배기관과, 상기 장치 내부의 가스 압력이 7×10-3내지 1×10-1Torr의 범위내에서 제어될수 있도록 상기 밸브에 병렬로 상기 배기관에 접속된 가변 가스 통로 영역을 가진 가변 구멍을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조장치.
- 제8항에 있어서, 상기 배기관은, 상기 장치내의 가스 압력이 7×10-3내지 1×10-1Torr의 범위내에서 제어될수 있도록 상기 플라즈마 생성실에 도입되는 가스와 동일한 가스와 N가스 또는 불활성 가스를 상기 배기관으로 도입하기 위한 가스 도입구를 그 중간에 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조장치.
- 제8항에 있어서, 상기 진공 펌프에 접속되어, 상기 장치내의 가스 압력이 7×10-3내지 1×10-1Torr의 범위내에서 제어될수 있도록 상기 진공 펌프의 배기 능력을 변화시키기 위해 상기 진공 펌프의 회전수를 제어하기 위한 제어수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조장치.
- 제8항에 있어서, 상기 가스 공급수단내에 또는 상기 플라즈마 생성실의 측벽에 Ar가스를 공급하기 위한 가스 도입구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조장치.
- 제8항에 있어서, 상기 반응 가스 공급수단은 상기 가스 공급수단에 포스핀과 다이보레인을 각각 공급하기 위한 가스 도입구를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조장치.
- 제8항에 있어서, 실리콘 산화막 형성시 150℃ 내지 300℃의 범위내의 온도에서 상기 기판을 가열시키기 위한 가열 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조장치.
- 제8항에 있어서, 상기 반응 가스 공급수단은, 상기 플라즈마 반응실의 상기 측벽에서 상기 반응 가스가 상기 플라즈마 반응실로 방출되도록 하는 가스 방출구를 갖고 있으며, 상기 가스 방출구는 상기 기판으로부터 적어도 5cm의 최단 거리에 배치되어 있으며, 상기 각각의 가스 방출구를 통해 흐르는 가스의 방출 방향 및 방출유량은 상기 기판의 중심부를 향해 흐르는 가스의 유량의 주변 방향으로서 분포의 비균일성이 총 가스 유량의 10% 내에 있을수 있도록 조정 되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조장치.
- 실리콘 산화막 제조장치에 있어서, 마이크로웨이브 발생수단과, 상기 마이크로웨이브 발생수단에 의해 발생되는 마이크로웨이브를 전송하기 위한 마이크로웨이브 전송수단과, 하나의 벽을 갖고 있으며, 상기 마이크로웨이브 전송수단과 연통해 있고, 상기 마이크로웨이브 전송 수단과 마주하는 관계로 상기 단부에서 경계가 정해진 개구와 가스 공급 수단을 갖고 있는 플라즈마 생성실과, 상기 플라즈마 생성실 주위에 동축 관계로 배치되어, 상기 마이크로웨이브와의 공명 효과에 의해 상기 플라즈마 생성실로 도입되는 가스의 플라즈마를 생성하기 위한 자계를 한정해 주기 위한 제1여자 솔레노이드와, 상기 개구를 통해 상기 플라즈마 생성실과 연통해 있고, 하나의 측벽과, 기판이 장착되는 기판 지지표면을 가진 기판 홀더와, 플라즈마 반응실에 반응 가스를 공급하기 위한 반응 가스 공급수단과, 플라즈마 반응실에 연통해 있고 진동 펌프를 가지고 있으며 상기 플라즈마 반응실내의 가스를 배기하기 위한 가스 배기수단을 포함하고 있으며, 상기 플라즈마로, 함께 배치된 기판의 표면상에 실리콘 산화막을 형성하기 위한 플라즈마 반응실과, 기판에 대해 상기 제1여자 솔레노이드와 마주하는 관계로 배치되어, 상기 기판의 상기 기판 부근에서 상기 제1여자 솔레노이드에 의해 발생되는 자계의 극성과 반대의 극성을 가진 첨두형 자계를 발생하기 위한 제2여자 솔레노이드와, 고주파 전력을 인가하기 위한 전원 및 상기 플라즈마 반응실과 연관되어, 상기 플라즈마 반응실내의 가스 압력을 제어하기 위한 압력 제어수단을 구비하고 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조장치.
- 제17항에 있어서, 상기 가스 배기 수단은, 상기 플라즈마 반응실과 연통해 있고 상기 플라즈마 반응실내의 가스를 배기하기 위한 가스 배기관을 포함하고 있고, 상기 입력 제어수단은, 상기 가스 배기관에 배치되어 상기 배기관을 개폐하기 위한 밸브와, 상기 장치 내부의 가스 압력이 7×10-3내지 1×10-1Torr의 범위내에서 제어될수 있도록 상기 밸브와 병렬로 상기 배기관에 접속된 가변 가스 통로 영역을 가진 가변 구멍을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조장치.
- 제17항에 있어서, 상기 압력 제어수단은, 상기 배기관의 중간에 제공되어 상기 장치내부의 가스 압력이 7×10-3내지 1×10-1Torr의 범위내에서 제어될수 있도록 상기 플라즈마 생성실로 도입되는 것과 도일한 가스와, N2가스 또는 불활성 가스를 상기 배기관으로 도입하기 위한 가스 도입구를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조방법.
- 제17항에 있어서, 상기 진공 펌프에 접속되어, 상기 장치 내부의 가스 압력이 7×10-3내지 1×10-1Torr의 범위내에서 제어될수 있도록 상기 진공 펌프의 배기 능력을 변화시키기 위한 상기 진공 펌프의 회전수를 제어하기 위한 압력 제어수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조장치.
- 제17항에 있어서, 상기 가스 공급수단내에 또는 상기 플라즈마 생성실의 측벽에서 Ar가스를 공급하기 위한 가스 도입구를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조장치.
- 제17항에 있어서, 상기 반응 가스 공급수단은, 상기 반응 가스 공급수단에 포스핀과 다이보레인을 각각 공급하기 위한 가스 도입구를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조장치.
- 제17항에 있어서, 실리콘 산화막 형성시 150℃ 내지 300℃의 범위내의 온도에서 상기 기판을 가열시키기 위한 가열 수단을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조장치.
- 제17항에 있어서, 상기 반응 가스 공급수단은, 상기 플라즈마 반응실의 측벽에, 상기 반응 가스가 상기 플라즈마 반응실로 방출되도록 하는 가스 방출구를 갖고 있으며, 상기 가스 방출구는 상기 기판으로부터 적어도 5cm의 최단 거리에 배치되어 있으며, 각각의 가스 방출구를 통해 흐르는 가스의 방출 방향 및 방출유량은 상기 기판의 중심부를 향해 흐르는 가스의 유량의 주변 방향으로의 분포에서의 비균일성이 총 가스 유량의 10% 내에 있을수 있도록 조정 되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조장치.
- 제17항에 있어서, 상기 제2솔레노이드는 실리콘 산화막이 형성되는 상기 기판의 표면에 마주하는 단부를 갖고 있으며, 상기 단부는 막이 형성될 상기 기판 표면으로부터 10cm이상의 거리에 배치되어 있고, 그래서 상기 첨두형 자게계 그 양쪽에 상기 기판의 상기 표면으로부터 10cm영역에 첨두면을 갖게 되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조장치.※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.
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