KR950003231B1

KR950003231B1 - 인-시튜(in-situ) 비피에스지(bpsg) 필름증착 및 평탄화방법

Info

Publication number: KR950003231B1
Application number: KR1019920007416A
Authority: KR
Inventors: 황철주
Original assignee: 황철주
Priority date: 1992-05-01
Filing date: 1992-05-01
Publication date: 1995-04-06

Abstract

내용 없음.

Description

인-시튜(IN-SITU) 비피에스지(BPSG) 필름증착 및 평탄화 방법

제1도는 본 발명의 증착공정 개요도.

제2도는 본 발명의 증착조건에 따른 상태도.

제3도-제8도는 본 발명과 같은 증착조건에 따라 공정완료된 비피에스지 필름을 전자현미경으로 확대한 실제사진.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전기로 2 : 진공펌프

3 : 가스흐름자동조절기(MFC) 4 : 가스밸브

5 : 가스필터 6 : 수동밸브

7 : 진공도자동조절기 8 : 진공도측정기

본 발명은 비피에스지 필름증착시 인-시튜공정을 도입하므로써 이 필름의 특성향상과 저온에서의 평탄화 개선 및 공정 단순화를 시키는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 비피에스지 필름을 증착하는 방법으로는 대기압 화학증착(Atmosphoric Pressure Chemical Vapor Depostion) 방법과 낮은 압력에서 화학증착(Lower Pressure Chemical Vspor Deposition) 및 플라즈마를 이용하여 비피에스지 필름을 증착하는 방법이 있으며 그 반응로는 수직 방시과 수평방식이 있으나 본원에서는 첨부된 제1도와 같은 수직방식 구조를 가진 장치를 이용하여 설명한다.

또한 비피에스지 필름 평탄화에 대하여 오랫동안 연구되어 지고 있으나 이러한 연구들은 대기압 화학증착 방법이나 플라즈마를 이용한 증착방법 및 낮은 압력에서 화학증착방법으로 필름을 증착하여 다른 전기로 내에서 대기압 및 상압에서 평탄화가 이루어져 왔으며 본원에서와 같은 인-시튜로 연속적인 방법 및 진공상태에서의 평탄화 방법은 사용되지도 않았고 연구된 적도 없었다.

본원 발명은 이점에 착안하여 인-시튜 비피에스지 필름의 연속 증착방법 및 평탄화 방법을 도입한 것에 관한 것이다.

본 발명은 제1도에 나타난 바와 같은 증착공정에 따른 것으로서, 이 공정은 필요한 진공도와 적정한 온도유지를 위하여 열을 공급할 수 있는 전기로(1 ; Furnace)와 이 전기로 내부를 적정한 진공 상태로 만들기 위한 진공펌프(2)와 전기로 내에서 필요로 하는 가스를 일정하게 공급하기 위한 가스 흐름 자동조절기(3 ; MGC)와 가스를 열고 닫는 가스밸브(4)와 불순물을 제거하기 위한 가스 필터(5)와 전기로 내의 진공도를 일정하게 유지하기 위한 진공상태 자동조절기(7 ; APC)와 전기로내의 진공도를 측정하기 위한 진공도 측정기(8)로 구성되어 있다.

본 발명은 또한 제2도에 나타난 바와 같이 위와 같은 공정을 이용하여 필름을 증착하여 방법에 관한 것으로서 이를 단계별로 설명하면 다음과 같다.

제2도에서 1-2단계를 참조하면 이 공정단계에서는 500℃-700℃의 온도범위내에서 1.0-5.0(SLM)의 질소(N₂)을 흘리면서 웨이퍼를 보트안으로 삽입하고 웨이퍼가 삽입된 보트를 전기로내로 이동시키게 된다.

3-5단계에서는 전기로(1) 내부를 천천히 적정한 진공상태로 만들기 위해 진공펌프(2)를 이용하여 천천히 진공상태(10^-3Torr)로 만들고, 전기로 내부가 외부와 완전 밀폐되어 있는지를 확인한다.

6-8단계에서는 전기로 및 전기로 내부에 있는 웨이퍼의 표면 온도가 공정 흐름순서 16단계의 필름 증착에 필요로 하는 적정온도를 만들어 주기 위해서 온도를 필요로 하는 정도로(600-750℃)로 천천히 증가시키고 안정화시킨다.

9-13단계에서는 필름이 웨이퍼위에서 증착되기전에 전기로 내부에 있는 불순물을 질소(N₂)를 흘려서 전기로 내부를 세척하고 고진공상태로 만든다.

14-15단계에서는 단계 16에서 필름을 증착하기 위하여 필요로 하는 화합물 TEOS와 O₃를 필요로 하는 량(TEOS : 100-500(sccm), O₂: 1-10(sccm))만큼 천천히 증가시키고 전기로 내부를 적정한 진공도(0.2-1.2Torr)로 유지시킨다.

16단계(엔에스지필름증착단계(NSG : None doped Silicate Glaaa)에서는 산화막을 증착시키는 단계로써 공정조건은 제2도와 같이 진공도는 0.2토르에서 1.5토르, 화합물은 TEOS ; 100-250(sccm), O₂; 2-20(sccm), 온도는 600℃에서 750℃ 사이의 온도에서 원하는 막질에 따라서 시간과 조건을 선택해서 증착시킨다.

17단계에서는 필름을 증착하기 위하여 사용하였던 화합물을 천천히 감소시키는 단계이다.

18단계에서는 전기로 내부를 고진공도로 만들어 화합물 찌꺼기를 제거하는 단계이다.

19-21단계에서는 전기로 내부의 웨이퍼와 보트를 질소를 사용하여 세척을 반복하는 단계이다.

22-23단계에서는 공정단계 1로부터 21까지는 증착공정(Ⅰ)를 실행하기 위한 조건들이었고 공정단계 22-23은 증착공정(Ⅱ)를 실행하기 위하여 온도를 천천히 감소시키고 또 필요로 하는 화합물과 진공도를 증착공정(Ⅱ)에 적합하도록 천천히 증가시키는 단계이다.

24단계에서는 비피에스지 필름을 증착하는 단계로써 공정조건인 화합물과 진공도 및 온도는 아래와 같은 조건에서 필름을 증착시킨다.

온도 : 550℃-700℃

진공도 : 0.4-1.5(Torr)

화합물 : TOOS : 200-500(sccm)

TMOB : 15-45(sccm)

pH₃또는 TMOP : 500-1400(sccm)

(본 발명에서는 N₂로 희석이 된 pH₃를 사용한다.)

O₂: 80-240(sccm)

25단계에서는 공정단계 24의 필름 증착단계에서 필요했던 화합물들을 천천히 감소시키는 단계이다.

26단계에서는 전기로 내부를 고진공으로 불순물들을 제거하는 단계이다.

27-29단계에서는 전기로 내부의 웨이퍼를 질소로 세척을 하는 단계이며 반복적으로 질소를 흘렸다 흘리지 않았다하는 공정단계이다.

30-32단계에서는 공정단계 24에서 증착된 비피에스지 필름을 고온에서 진공 및 대기압력에서 평탄화시키기 위하여 온도 및 질소를 천천히 필요로 하는 온도 800-910℃까지 질소를 0(SCCM)에서 10(SLM) 범위내의 필요로 하는 조건으로 증가시키는 단계인데 필요에 따라 산소(O₂) 및 알곤(Ar)를 사용할 수도 있다.

33단계에서는 공정 24단계에서 증착된 비피에스지 필름을 평탄화시키기 위하여 온도 800-910℃와 질소를 0(SCCM)-10(SLM) 범위내에서 공정 필요성에 따라 선택하여 비피에스지 필름을 평탄화 하는 단계인데 필요에 따라 산소(O₂) 및 알곤(Ar)를 질소 대신 사용할 수도 있다.

본 발명에서는 질소를 사용하였다.

34-36단계에서는 공정 33단계에서 사용하였던 화합물 및 온도를 천천히 감소시키는 단계이다.

37-38단계에서는 공정 36단계 이전까지는 전기로 내부가 진공상태로 유지되어 왔으나 이 단계에서는 전기로 내부를 다시 대기압상태로 만들기 위하여 나이트 로젠(N₂)를 천천히 증가시키는 단계이다.

39-41단계에서는 전기 내부에 있는 웨이퍼 및 보트를 전기로 밖으로 이동시키는 단계 및 보트내에 있는 웨이퍼를 보관하는 카세트로 이동시키는 단계 및 공정완료단계이다.

상술된 본 발명의 증착공정에 대한 각 단계별 흐름순서 및 그 증착조건을 제2도와 관련하여 참조하면 알수 있는 바와 같이 공정단계 14에서 17단계로 이루어진 증착공정(Ⅰ)과 공정단계 22에서 25까지로 이루어진 증착공정(Ⅱ)과 공정단계 30에서 36까지 이루어진 필름평탄화 단계를 연속적으로 진행시킴으로써, 반도체 공정단순화 및 평탄화 특성을 개선하고자 하는 것이 본 발명의 목적이다.

제3도는 제2도에서 도시된 증착 조건에 따라 증착공정(Ⅰ)에서만 증착된 산화막을 전자현미경으로 확대하여 촬영한 실제 사진이며 이 필름을 증착시킨 증착조건은 다음과 같다.

ⅰ) 온도 : 710℃

ⅱ) TEOS : 170(SCCM)

ⅲ) O₂: 5(SCCM)

ⅳ) 진공도 : 0.3(Torr)

ⅴ) 필름두께 : 220Å

제4도는 제2도에서 도시된 증착조건에 따라 증착공정(Ⅱ)에서만 증착된 비피에스지(BPSG) 필름을 전자현미경으로 확대 촬영한 실제 사진이며 이 필름을 증착시킨 증착조건은 다음과 같다.

ⅰ) 온도 : 620℃

ⅱ) 진공도 : 1.0(Torr)

ⅲ) TMOB : 28(SCCM)

ⅳ) pH₃: 950(SCCM)(본 발명에서는 나이트로젠(N₂)으로 희석된 pH₃를 사용하였으며 순도는 4%이다.)

ⅴ) O₂: 110(SCCM)

ⅵ) TEOS : 300(SCCM)

ⅶ) 필름두께 : 4500Å

제5도는 제2도에서 도시된 증착조건에 따라 증착공정(Ⅰ)과 (Ⅱ) 및 평탄화공정을 연속적으로 진행하여 증착된 필름을 전자현미경으로 확대 촬영한 실제사진이며 증착공정조건은 다음과 같다.

증착공정(Ⅰ) : 위에 도시되 있음

증착공정(Ⅱ) : 위에 도시되 있음

평탄화 공정 : ⅰ) 온도 : 850℃

ⅱ) N₂: 2000(SCCM)

ⅲ) 시간 : 30분

ⅳ) 진공도 : 0.5(Torr)

ⅴ) 필름두께 : 1) 산화막 : 2000Å

2) 비피에스지 : 3500Å

제6도는 제2도에서 도시된 증착조건에 따라 증착공정(Ⅱ)에서 필름을 증착하고 진공으로 평탄화를 연속공정으로 진행하여 증착 및 평탄화를 완료한 필름을 전자현미경으로 촬영한 사진이다.

제7도는 제2도에서 도시된 증착조건에 따라 증착공정(Ⅱ)에서 필름을 증착하고 대기 압력으로 평탄화를 연속적으로 진행한 필름을 전자현미경으로 촬영한 사진이다. 대기압력에서 평탄화를 실시할때의 제2도에서 도시된 평탄화 공정단계 33의 공정 조건은 다음과 같다.

ⅰ) 온도 : 850℃

ⅱ) N₂: 9ℓ

ⅲ) 시간 :30분

제8도는 제2도에서 도시된 증착조건에 따라 증착공정(Ⅱ)에서만 필름을 증착하고 다른 전기로에서 대기압상태로 평탄화를 실시했을때의 필름을 전자현미경으로 촬영한 사진이다. 이와 같은 방법은 현재까지 반도체 제조공정에서 사용되어지고 있는 방법이다.

이와 같은 방법으로 필요로한 필름(NSG : None Doped Silicate Glass, BPSG ; Boro Phosphosilicate Glass)을 증착하면 양호한 평탄화 특성과 전기적 화학적 특성도 우수한 필름을 증착하여 고집적화 되어가는 반도체 공정에 적용할 수 있다.

Claims

비피에스지 필름증착법에 있어서, 진공상태에서 화합물인 테오스(TEOS)와 산소(O₂)를 사용하여 산화막을 증착시키는 공정단계(16)와 진공상태에서 화합물인 테오스(TEOS)와 티엠오비(TMOB)와 포스핀(pH₃) 및 산소(O₂)를 사용하여 비피에스지 필름을 증착하는 단계(22-25) 및 공정단계(24)에서 증착된 필름을 연속적으로 평탄화하기 위하여 공정단계(30)에서 (36)단계를 연속적으로 산화막과 비피에스지필름과 평탄화 과정을 진행함을 특징으로 하는 인-시튜 비피에스필름 정착 및 평탄화 방법.
제1항에 있어서, 증착방법(Ⅰ)과 증착공정(Ⅱ)만을 연속적으로 진행함을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 증착공정(Ⅱ)와 공정단계(33)을 진공상태에서 평탄화를 연속함을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 증착공정(Ⅱ)과 공정단계(33)을 대기압 상태에서 평탄화를 연속함을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 공정단계(33)을 진공상태로 평탄화함을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 증착공정(Ⅰ)의 경우에 전기로 내의 진공도는 0.2-1.5(Torr)이고 온도는 600-750℃의 범위이며 화합물인 테오스(TEOS)는 100-250(SCCM)이고, 산소(O₂)는 2-20(SCCM)이며 상기 증착공정(Ⅱ)의 경우에는 진공도가 0.4-1.5(Torr)이고 온도는 550-700℃이며, 화합물인 테오스(TEOS) 200-500(SCCM), 티엠오비(TMOB) 15-45(SCCM), 포스핀은 500-1400(SCCM)이며 증착공정(33) 단계에서는 진공평탄화의 조건은 전기로 내의 진공도가 0-5(Torr)이고 질소는 0-10(SLM)이며 온도는 800-910℃ 대기압에서의 평탄화 온도는 800-910℃이며 질소는 1-10(SLM) 상태에서 인-시튜(IN/SITUPROCESS) 공정으로 필름을 증착 및 평탄화 하는 방법.