KR940000905B1 - 원자의 도입장치 - Google Patents

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쏘니 가부시기가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

원자의 도입장치
제1도는 제1의 실시예를 설명하는 도입장치의 개략 구조도.
제2도는 제2의 실시예에 예시한 도입장치의 개략 구조도.
제3도는 종래의 도입장치의 일예로서의 산화막 형성장치를 나타낸 구조도.
제4도는 에니지빔의 파장에 의한 특성을 설명하는 특성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2,12 : 기체(실리콘 기판) 6 : XeF 엑시머레이저장치
7 : XeCl 엑시머레이저장치 16 : KrF 엑시머레이저장치
17 : XeCl 엑시머레이저장치
본 발명은 원자의 도입장치에 관한 것으로서, 특히 반도체의 표층부(表層部)에 산소를 도입하여 산화막을 형성하는 장치에 관한 것이다.
근래의 반도체장치의 제조공정에 있어서는, 산화막형성이 불가결의 기술로 되어 있다.
종래, 반도체장치의 제조공정중에서도 실리콘기판 등의 반도체기판상에 산화막을 형성하는 방법으로서는, 예를들어 건조산화, 수증기산화 등의 열산화에 의한 방법이나, 기상성장법(氣相成長法) 등이 알려져 있으며, 이들 여러 가지 방법에 따른 장치에 의해 산화막이 형성되어 있다.
그러나, 기술의 진보에 따른 수율향상의 요구나, 평면적 뿐만 아니라 입체적인 미세화의 요구가 있으며, 이들 요구에 답하는 기술로서는 저온에서 신속 또한 고정밀도로 산화막을 형성하는 방법이 요구되고, 이에 대응하는 일예로서, 제3도에 나타낸 바와 같은 펄스레이저인 XeCl 엑시머레이저(excimer laser)(41)를 사용하여 반응실(44)에 반도체기판(42)을 배치하고, 이 반응실(44)에 산소가스붐베(43)로부터 산소를 보내 이 반응실(44)을 산소분위기로 하고, 상기 XeCl 엑시머레이저(41)를 조사(照射)하여 상기 반도체기체(基體)(42)의 표층에 흡수시켜 표층부분만을 순시(瞬時) 가열하여, 표층부분에 산화막을 신속하게 형성하는 동시에, 이 내부측의 왜곡 등의 발생을 방지하는 산화막의 형성장치가 알려져 있다.
전술한 바와 같이, XeCl 엑시머레이저(41) 등의 단파장펄스레이저를 사용하는 장치에는, 고속으로 산화막을 형성할 수 있는 외에, 저온에서 반도체기판(42) 내부에 손상을 주지 않고 산화를 행할 수 있다고 하는 장점이 있다. 그러나, 분위기를 산소 O2로 하는 것으로는 표면의 산화반응속도가 느리고, 충분히 단파장레이저의 성능을 발휘할 수 없을 뿐만 아니고, 산화반응이 순시에 또한 저온에서 행해지므로, SiO와 SiO2가 병존하는 불균일한 산화막이 형성될 염려도 있으며, 또한 산소원자의 도입에 한하지 않고, 예를들어 질화막의 형성에 대해서도 동일한 문제점이 있었다.
그래서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안하여, 기체의 표층부분에 고속으로 또한 균일하게 원하는 원자의 도입영역 예를들어 산화막을 형성하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
광분해가능한 가스중의 구성원자를 기체에 도입하는 장치에 있어서, 상기 가스를 광분해시키기 위한 제1의 에너지빔을 상기 기체표면과 대략 평행으로 조사하는 수단과, 상기 원자와 상기 기체와의 반응을 촉진시키기 위한 제2의 에너지빔을 상기 기체 표면에 대략 수직으로 조사하기 위한 수단을 갖는 원자의 도입장치에 의해 전술한 문제점을 해결한다.
본 발명의 도임방치는 광분해가능한 가스(이하, 강반응성 가스라고 함)의 분위기의 반응실내에 기체를 배치하고, 상기 기체 표면과 대략 평행으로 에너지빔을 조사하는 수단에 의하여, 상기 기체 표면 근방의 상기 강반응가스를 기체 표면상에서 균일하게 또한 효율좋게 광분해하고, 이 광분해한 강반응성 가스의 구성원자가 다른 에너지빔에 의해 반응 촉진된 기체으 구성원자와 용이하게 결합함으로써, 용이하게 또한 고속으로 상기 강반응성 가스의 구성원자를 기체내에 도입한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
본 발명의 제1의 실시예에서는, 기체(基體)와 대략 평행으로 조사(照射)되는 에너지빔에 단파장의 펄스레이저인 XeCl 엑시머레이저(파장 308nm)를 사용하고, 기체에 직접 조사되어 이 기체를 가열하여 반응을 촉진하는 에너지빔에 단파장의 펄스레인저인 XeF 엑시머레이저(파장 350nm)를 사용한다. 또한, 강반응성 가스로서 오존과 산소의 혼합가스(분압 0.5기압의 O2가스 및 분압 0.5기압의 1%의 O3가스를 함유하는 O2가스의 혼합가스. 이하, 이 혼합가스를 O3/O2가스라고 함)를 사용하고, 이 혼합가스의 분위기중에서 기체인 실리콘기판에 산소원자를 도입하여 산화막을 형성하는 도입장치를 설명한다.
먼저, 이 도입장치의 동작원리를 설명하면, 기체와 대략 평행으로 조사되는 에너지빔인 XeCl 엑시머레이저장치(7)의 제1의 에너지빔인 레이저빔(a)을 강반응성 가스인 O3/O2가스에 조사한다. 즉, 이 레이저빔(a)의 O3/O2가스에 대한 조사에 의하여 레이저빔(a)의 에너지가 광흡수되고,
Figure kpo00001
라고 하는 광분해에 의하여 여기(勵起)상태의 산소원자 O*가 생성된다. 이 생성된 여기상태의 산소원자는 산화력이 강하므로 신속한 산화반응을 실현할 수 있으며, 따라서 기판에는 고속으로 또한 충분히 산화되어 균일한 산화막이 형성된다.
한편, XeF 엑시머레이저장치(6)의 제2의 에너지빔인 레이저빔(b)은 기체인 실리콘기판(20에 직접 조사되고, 이 실리콘기판의 표층부만을 가열하여, 상기 광분해에 의한 신속한 산화막형성을 조장한다. 즉, 상기 XeCl 엑시머레이저장치(7)의 레이저빔(a)과 상기 XeF 엑시머레이저장치(6)의 레이저빔(b)의 2개의 에너지빔의 상승작용에 의해 산화막을 고속으로 형성하는 것이다. 여기서, 실리콘기판(2)의 표층 부분에서 일어나는 반응은,
a) O3+Si--SiO+O2
및
b) SiO+O3--SiO2+O2
라고 하는 2단계의 반응에 의해 진행되고 있는 것으로 생각되고, 실리콘 기판(2)의 구성원자인 실리콘원자와의 반응이 상기 광분해의 작용과 함께 더욱 고속의 산화막을 형성할 수 있다.
제1도에 나타낸 바와 같이, 상기 원리에 따른 도입장치(1)의 구조는 실리콘기판(2)을 고정하여 이 실리콘기판(2)의 표층부의 산화막형성이 행해지는 반응실(3)과, 이 반응실93)의 상부에 장착되어 석영창(石英窓)(4)을 통해 상기 실리콘기판(2)에 대략 수직으로 조사되는 XeF 엑시머레이저장치(6)와, 상기 반응실(3)의 측방부에 장착되어 석영창(8)을 통해 상기 O3/O2가스분위기에 상기 실리콘기판(2)과 대략 평행으로 조사되는 XeCl 엑시머레이저장치(7)을 가지며, 또한 상기 반응실93)에 급기구(9)를 통해 강반응성 가스인 상기 O3/O2가스가 보내지는 구조로 되어 있다.
그리고, 상기 실리콘기판(2)의 표층부에 대한 산화막의 형성에 있어서는, 상기 XeCl 엑시머레이저장치(7)의 레이저빔(a)은 상기 O3/O2가스의 광분해를 야기시키고, 여기상태의 산소원자를 생성해서, 상기 실리콘기판(2)에의 산소원자의 도입이 용이해지는 상태를 형성한다. 한편, 상기 XeF 엑시머레이저장치(6)의 레이저빔(b)은 그 조사에 의해 실리콘기판(2)의 표층부만을 예비 가열하고, 이로써 상기 실리콘기판92)의 구성원자인 실리콘원자와 상기 광분해에 의해 용이하게 도입되는 산소원자를 결합한다. 즉, 전술한 이 2개의 레이저빔(a),(b)의 상승작용에 의하여, 용이하게 또한 신속하게 도입영역인 산화막을 형성할 수 있다.
이 제1의 실시예에 나타낸 원자의 도입장치(1)는 2개의 레이저빔(a),(b)의 상기 상승작용에 의한 고속의 산화막형성 뿐만 아니고, 다른 효과도 얻을 수 있다. 즉, 광분해를 일으키는 상기 XeCl 엑시머레이저장치(7)의 레이저빔(a)은 상기 실리콘기판(2)과 대략 평행으로 조사되므로, 실리콘기판(2) 표면의 극(極) 근방에서 광분해를 일으키게할 수 있으며, 실리콘기판(2)의 표면에 대해 동일하게 여기상태의 산소원자를 도입할 수 있다. 또한, 광분해를 일으키는 상기 XeCl 엑시머레이저장치(7)의 레이저빔(a)은 국부적으로 실리콘기판(2)을 조사하는 일도 없으며, 따라서 조사한 부분에 돼곡을 주는 일도 없다.
또한, 광분해를 일으키는 영역을 실리콘기판(2)의 표면상에 넓게 취할 수 있으며, 또한 레이저빔(a)의 스캐닝방향도 실리콘기판(2)의 표면이 수평으로 배치된 경우에는 수평방향의 주사만으로 충분하고, 막두께가 균일하고 균질인 산화막을 형성할 수 있다. 또한, 이 원자의 도입장치91)는 단일의 레이저빔이 아니라 2개의 목적이 다른 레이저빔(a),(b)의 복합작용에 의하므로, 각 레이저빔의 조작에 의해 막두께의 제어가 용이하다. 전술한 바와 같이, 제1의 에너지빔으로 반응가스(광여기함으로써 활성화함)의 광분해를 제어하고, 제2의 에너지빔으로 기판온도를 제어하여, 각각 독립으로 반응속도 즉 막두께를 제어하는 것이 가능하다.
다음에, 제2의 실시예로서, 기체에 대략 평행으로 조사하는 에너지빔으로서 단파장의 펄스레이저인 XeCl 엑시머레이저를 사용하고, 기체를 예비 가열할 뿐 아니라 기체의 구성원자간의 본딩을 절단하는 에너지빔으로서 역시 단파장의 펄슬이저인 KrF 엑시머레이저(파장 249nm)를 사용한 예를 설명한다.
기체를 상기 제1의 실시예와 마찬가지로 실리콘기판(12)을 선택한 경우에는, 제4도에 나타낸 바와 같이, Si 우너자간의 본딩절단은 파장에 의존하고, 대략 260nm 이하의 파장에서 생긴다는 것이 알려져 있다. 따라서, 상기 KrF 엑시머레이저를 상기 실리콘기판(12)에 조사했을 때는 조사된 실리콘기판(12)의 표층부의 실리콘원자의 본딩절단이 생긴다. 이 제2의 실시예는 이 원리를 응용한 것이다.
이 제2의 실시예의 도입장치(11)는 제2도에 나타낸 바와 같이 실리콘기판(12)을 고정하여 이 실리콘기판(12)의 표층부의 산화막형성이 행해지는 반응실(13)과, 이 반응실(13)의 상부에 장착되어 석영창(14)을 통해 상기 실리콘기판(12)에 조사되는 KrF 엑시머레이저장치(16)와, 상기 반응실(13)의 측방부에 장착되어 석영창(18)을 통해 상기 O3/O2가스분위기에 상기 실리콘기판(12)과 대략 평행으로 조사되는 XeCl 엑시머레이저장치(17)를 가지며, 또한 상기 반응실(13)에 급기구(19)를 통해 강반응성 가스인 상기 O3/O2가스가 보내지는 구조로 되어 있다.
그리고, 이 제2의 실시예에 따른 도입장치(11)는 상기 제1의 실시예에 준하며, 실리콘기판(12)과 대략 평행으로 조사되는 상기 XeCl 엑시머레이저장치(17)의 레이저빔(c)은 O3/O2가스의 광분해를 일으키게 하지만, 한편 상기 KrF 엑시머레이저장치(16)의 레이저빔(d)은 상기 실리콘기판(12)의 표층부의 예비가열 뿐만 아니고, 단파장이므로 상기 실리콘기판(12)의 구성원자인 실리콘원자는 본딩절단을 일으킬 수 있다. 그리고, 이 본딩절단된 실리콘원자의 상기 XeCl 엑시머레이저장치(17)의 레이저빔(c)에 의해 광분해되고, 여기상태로 된 산소원자 O*와 용이하게 결합할 수 있으므로, 더욱 시속하게 산화막을 형성할 수 있다. 또한, 이 경우도 상기 제1의 실시예와 마찬가지로 광분해를 일으키는 상기 XeCl 엑시머레이저장치(17)의 레이저빔(c)은 상기 실리콘기판(12)의 표면에 대해 동일하게 여기상태의 산소원자를 도입할 수 있다. 또한, 광분해를 일으키는 영역을 실리콘기판(12)의 표면상에 넓게 최할 수 있고, 또한 레이저빔(c)의 스캐닝방향도 실리콘기판(12)의 표면이 수평으로 배치된 경우에는 수평방향의 주사만으로 충분하며, 막두께가 균일하고 균질의 산화막을 형성할 수 있다. 또한, 이 원자의 도입장치(11)는 단일의 레이저빔이 아니라 2개의 목적이 다른 레이저빔(c),(d)의 복합작용에 의하므로, 각 레이저빔의 조작에 의해 막두께의 제어가 용이하다.
본 발명의 도입장치(1),(11)에 사용되는 강반응성 가스는 상기 제1 및 제2의 실시예에 대해서는 오존의 혼합가스에 대하여 설명했지만, 강반응성 가스는 이것에 한정되지 않으며, 예를 들어 NO 가스, N2O 가스, NO2가스나 할로겐인 Cl2등의 가스나, 할로겐화합물인 CCl4나 SF6등의 가스 또는 이들의 조합이라도 되고, 또한 질하막 형성을 위해 암모니아가스도 사용할 수 있고, 또한 할로겐 등의 여러 가지 원자를 도입하는데 적용할 수 있으며, 에너지빔이 조사된 경우에, 광분해를 일으켜서 용이하게 기판의 구성원자와 결합하는 것이라면 어떤 것이라도 된다.
또한, 기체에 대략 평행으로 조사하여 이 기체의 분위기가스인 강반응성 가스를 광분해하는 에너지빔은 강반응성 가스에 따라서 선택할 수 있는 것이며, 이들의 관계는 파장에 의해 즉 가열, 광분해 및 본딩절단이라고 하는 기능면에서 선택하거나 조합할 수 있다. 일예로서, 제4도에 나타낸 바와 같이 NO2가스, N2O 가스 및 O2가스를 사용할 경우는 NO2는 244nm 이하, N2O는 230nm 이하, O2는 175nm 이하의 파장에서 각각 광분해하므로, 예를들어 O2에서는 Xe 레조넌스램프, F2엑시머레이저, ArF 엑시머레이저 등을 사용할 수 있고, 또한 N2O에서는 ArF 엑시머레이저, 중수소램프, 저압수온등을 사용할 수 있으며, 전술한 O3에 대해서는 상기 KrF 엑시머레이저, 상기 저압수은등, 중수소램프, XeCl 엑시머레이저 등을 사용할 수 있고, 이들의 에너지빔에 의해 광분해를 행하여, 용이하게 기판의 구성원자와 결합시킨다. 또한, 에너지빔은 각종 레이저빔의 고차의 고조파(高調波)를 사용할 수 있고, 엘렉트론빔, 이온빔이어도 된다.
또한, 기체로서는, 전술한 실리콘기판에 한정되지 않으며, GaAs, Ta, Mo, Al등의 기판으로도 되고, GaAs 기판의경우는 기판 내부의 비소의 발생을 방지하여 신속하게 산화막을 형성할 수도 있다.
또한, 상기 강반응성 가스의 압력에 대해서는 상기 제1 및 제2의 실시예의 O3가스분압에 한정되지 않으며, 예를들어 O3가스의 분압을 높임으로써, 또는 압력을 상압(常壓)에서 고압으로 제어함으로써, 더욱 반응속도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제1실시예 및 상기 제2의 실시예에 대하여, 기체를 예비 가열하는 에너지빔으로서는 전술한 예에 한정되지 않으며, 예를들어 Ar 레이저, XeCl 엑시머레이저, ArF 엑시머레이저, 또는 루비레이저 YAG 레이저 등의 고차의 고조파 등을 사용할 수 있다. 또한, 저압수은램프, 엘렉트론빔, 이온빔 등의 광원을 사용할 수도 있다.
본 발명에 의한 도입장치를 사용함으로써, 예를들어 실리콘기판 등의 반도체 등의 기체에 예를들어 산소원자 등의 광분해가능한 가스의 구성원자를 용이하게 또한 신속하게 도입할 수 있다. 또한, 도입에 의해 형성된 반응층은 균일하고 또한 균질이며, 또한 그 막두께의 제어도 용이하다는 등의 우수한 이점을 갖고 있다.

Claims (1)

  1. 광분해가능한 가스중의 구성원자를 기체(基體)에 도입하는 장치에 있어서, 상기 가스를 광분해시키기 위한 제1의 에너지빔(a)을 상기 기체 표면과 대략 평행으로 조사(照射)하는 수단과, 상기 원자와 상기 기체와의 반응을 촉진시키기 위한 제2의 에너지빔(b)을 상기 기체 표면에 대략 수직으로 조사하기 위한 수단을 갖는 원자의 도입장치.
KR1019860001276A 1985-02-28 1986-02-24 원자의 도입장치 KR940000905B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

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JP85-40177 1985-02-28
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