WO2012047034A2 - 반원 형상의 안테나를 구비하는 기판 처리 장치 - Google Patents

반원 형상의 안테나를 구비하는 기판 처리 장치 Download PDF

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    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/4645—Radiofrequency discharges
    • H05H1/4652—Radiofrequency discharges using inductive coupling means, e.g. coils

Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly, to a substrate processing apparatus having a semi-circular antenna.
  • the semiconductor device has many layers on a silicon substrate, and these layers are deposited on the substrate through a deposition process.
  • This deposition process has several important issues, which are important in evaluating the deposited films and selecting the deposition method.
  • the first is the 'qulity' of the deposited film. This means composition, contamination levels, defect density, and mechanical and electrical properties.
  • the composition of the films can vary depending on the deposition conditions, which is very important for obtaining a specific composition.
  • the second is uniform thickness across the wafer.
  • the thickness of the film deposited on the nonplanar pattern on which the step is formed is very important. Whether the thickness of the deposited film is uniform may be determined through step coverage defined by dividing the minimum thickness deposited on the stepped portion by the thickness deposited on the upper surface of the pattern.
  • Another issue with deposition is filling space. This includes gap filling between the metal lines with an insulating film including an oxide film. The gap is provided to physically and electrically insulate the metal lines.
  • uniformity is one of the important issues associated with the deposition process, and non-uniform films result in high electrical resistance on metal lines and increase the likelihood of mechanical failure.
  • An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and a plasma antenna capable of securing process uniformity.
  • a substrate processing apparatus includes a chamber in which a process is performed on a substrate; A substrate support installed in the chamber and on which the substrate is placed; And an antenna installed at an upper portion of the chamber to form an electric field in the chamber, wherein the antenna has first and second antennas arranged to be symmetrical with respect to a predetermined center line.
  • the first antenna has first and second radii, respectively, and has a semicircular shape of a first inner antenna and a first intermediate antenna positioned at one side and the other side with respect to a predetermined center line, respectively, the first inner antenna and the first antenna.
  • the second antenna has a first connection antenna that connects the intermediate antennas to each other, and the second antenna has a first and a second radius, respectively, and has a semicircular second intermediate antenna and a second shape positioned on one side and the other side with respect to the center line. And a second connection antenna connecting the inner antenna, the second intermediate antenna, and the second inner antenna to each other.
  • the first antenna further has a semicircular first outer antenna having a third radius and positioned at one side with respect to the center line, and the second antenna has a third radius and is located at the other side with respect to the center line.
  • the antenna further has a second outer antenna having a shape, wherein the first intermediate antenna is disposed between the second inner antenna and the second outer antenna, and the second intermediate antenna is the first inner antenna and the first outer antenna. It can be arranged between.
  • the antenna may have a flat shape in which the first and second antennas are positioned on the same plane.
  • the chamber opens and closes an upper chamber of the lower chamber and an upper part of the lower chamber, and a chamber cover positioned below the antenna, and positioned between the antenna and the chamber cover to adjust an electric field formed in the chamber.
  • An adjustment plate may be provided.
  • the thickness of the adjustment plate may be determined according to the process rate made in the chamber.
  • the substrate processing apparatus includes a shower head in which an inlet for supplying a reaction gas into the chamber and an outlet for discharging the reaction gas supplied into the chamber are symmetrically formed, and the showerhead is connected to the inlet. And a plurality of diffusion passages having a cross-sectional area increasing in accordance with a flow direction of the reaction gas and inflow connection passages connecting the diffusion passages to each other.
  • the diffusion passages may be arranged up and down.
  • the shower head may have a plurality of converging flow passages connected to the outlet and reducing the cross-sectional area according to the flow direction of the reaction gas, and outlet connection passages connecting the converging flow passages to each other.
  • a plasma having a uniform density can be generated in the chamber.
  • the process uniformity of the processing target object using the plasma can be secured.
  • FIG 1 and 2 are views schematically showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view schematically illustrating the antenna illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the thickness of the control plate shown in FIG. 1 and the deposition rate of the substrate.
  • FIG. 5 is an enlarged view of an inlet portion of the showerhead shown in FIG. 2.
  • FIG. 6 is an enlarged view of an outlet portion of the showerhead shown in FIG. 2.
  • FIG. 7A to 7C are diagrams showing the flow by the showerhead shown in FIG.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a cyclic thin film deposition method according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a cyclic thin film deposition method according to an embodiment of the present invention.
  • 10A to 10C are cross-sectional views illustrating a step of depositing silicon according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state of forming a silicon thin film according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12A is a cross-sectional view illustrating a step of forming a silicon thin film according to an embodiment of the present invention as an insulating film containing silicon.
  • 12B is a cross-sectional view illustrating a second purge step including silicon according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating an insulating film including silicon according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a cyclic thin film deposition method according to another embodiment of the present invention.
  • 15 is a diagram illustrating a cyclic thin film deposition method according to another embodiment of the present invention.
  • 16A through 16C are cross-sectional views illustrating depositing silicon according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • 17A to 17C are cross-sectional views illustrating a step of forming an insulating film including silicon according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating an insulating film including a plurality of silicon according to another embodiment of the present invention.
  • 19A and 19B are cross-sectional views illustrating a densification of an insulating film according to another embodiment of the present invention.
  • 20 is a cross-sectional view illustrating an insulating film including silicon according to another embodiment of the present invention.
  • the substrate processing apparatus includes a chamber in which a process for a substrate is performed, and the chamber provides an internal space blocked from the outside to block the substrate from the outside during the process.
  • the chamber has a lower chamber 10 having an open top shape and a chamber cover 12 that opens and closes an upper portion of the upper chamber 10, and the chamber cover 12 is provided with a lower chamber 10 by a fixing ring 32. It is fixed to the top of).
  • the lower chamber 10 has a passage 14 formed in one side wall, and the substrate enters and exits the inside of the lower chamber 10 through the passage 14.
  • the passage 14 is opened and closed by a gate valve 16 provided outside the lower chamber 10.
  • an exhaust port 18 is formed on the other side wall of the lower chamber 10, and the exhaust port 18 is connected to the exhaust line 19a.
  • the exhaust line 19a is connected to a vacuum pump (not shown), and after the substrate is transferred to the inside of the lower chamber 10, and before the process is performed, the exhaust line 19a is connected to the inside of the lower chamber 10 through the exhaust port 18.
  • the gas may be exhausted to form a vacuum in the lower chamber 10.
  • the substrate moves into the lower chamber 10 through the passage 14 opened by the gate valve 16 and is placed on the upper portion of the support 11 installed in the inner space.
  • a plurality of lift pins 11a are provided on the support 11, and the lift pins 11a support the substrate moved to the upper portion of the support 11 in an upright state.
  • the support 11 positioned below the lower chamber 10
  • the lower end of the lift pins 11a is supported by the lower wall of the lower chamber 10
  • the upper end of the lift pins 11a is supported by the support 11. Since the protrusion is maintained from the upper surface of the substrate, the substrate is spaced apart from the support 11 by the lift pins 11a.
  • the support 11 is connected to the lifting shaft 13, and the lifting shaft 13 is lifted by the driving unit 15.
  • the lifting shaft 13 may be connected to the driving unit 15 through an open lower portion of the lower chamber 10, and moves the support 11 up and down by the driving unit 15.
  • the support 11 may be raised to move near the shower head 40, and the support 11 may be in contact with the lower ends of both protrusions of the shower head 40 to support the support 11 and the chamber cover ( A process region 13a surrounded by 12 may be formed.
  • the support 11 may be provided with a temperature control system (eg, a heater) capable of adjusting the temperature of the substrate.
  • a temperature control system eg, a heater
  • the process for the substrate placed on the support 11 is performed only in the process region 13a, and the reaction gas or purge gas may be supplied only in the process region 13a.
  • the support 11 is raised, the upper ends of the lift pins 11a are inserted into the support 11, and the substrate may be seated on the upper surface of the support 11.
  • the guide 19 is installed on the outside of the support 11, it is disposed along the lifting direction of the support (11).
  • the guide 19 has a guide hole 18a which communicates with the exhaust port 18, and discharges the gas in the lower chamber 10 through the guide hole 18a and the exhaust port 18 during the process, thereby lowering the chamber 10 ) Adjust the pressure inside.
  • the antenna 20 is installed above the chamber cover 12.
  • the antennas 20 are respectively connected to an RF power source (not shown) to form an electric field in the process region 13a, and generate plasma from the reaction gas supplied in the process region 13a.
  • 3 is a plan view schematically illustrating the antenna illustrated in FIG. 1.
  • the antenna 20 includes first and second antennas integrally formed, and the first and second antennas are rotated by 180 ° with respect to the center line R.
  • the first antenna has a first inner antenna 21, a first intermediate antenna 23, and a first outer antenna 25 having a semicircular shape with respect to the center.
  • the first inner antenna 21 has a first radius r1, the first intermediate antenna 23 has a second radius r2, and the first outer antenna 25 has a radius r3 (r1). ⁇ r2 ⁇ r3).
  • the first inner connecting antenna 21a connects the first inner antenna 21 and the first intermediate antenna 23, and the first outer connecting antenna 23a is the first intermediate antenna 23 and the first outer side. Connect the antenna 25.
  • the second antenna has a second inner antenna 22, a second intermediate antenna 24, and a second outer antenna 26 forming a semicircular shape with respect to the center.
  • the second inner antenna 22 has a first radius r1
  • the second intermediate antenna 24 has a second radius r2
  • the second outer antenna 26 has a radius r3 (r1). ⁇ r2 ⁇ r3).
  • the second inner connecting antenna 22a connects the second inner antenna 22 and the second intermediate antenna 24, and the second outer connecting antenna 24a connects the second intermediate antenna 24 and the second outer antenna.
  • the antenna 26 is connected.
  • the first and second antennas are respectively connected to separate RF power sources (not shown). When RF current flows through the RF power sources to the first and second antennas, the first and second antennas are connected to the electric field in the lower chamber 10. To form. In this case, the first and second antennas may form a uniform electric field in the lower chamber 10 through complementary.
  • the first and second antennas are alternately arranged. That is, the first intermediate antenna 23 is located between the second inner antenna 22 and the second outer antenna 26, and the second intermediate antenna 24 is the first inner antenna 21 and the first outer antenna. Located between 25 Therefore, when the electric field formed by the first antenna is weaker than the electric field formed by the second antenna, the electric field formed by the adjacent second antenna may be reinforced, and the electric field formed by the first antenna may be strengthened by the second antenna. When stronger than the electric field formed by the, it may be canceled by the electric field formed by the adjacent second antenna. Therefore, even if there is a difference in the magnitude of the electric field that can be formed by the first and the second antenna, respectively, it is possible to form a uniform electric field through constructive interference between the electric fields.
  • the adjustment plate 30 is installed between the chamber cover 12 and the antenna 20.
  • the adjusting plate 30 is disposed between the chamber cover 12 and the fixing plate 34, the fixing plate 34 is fixed to the fixing ring 32 to fix the adjusting plate 30.
  • the adjusting plate 30 is made of a dielectric material, and can adjust the electric field formed by the antenna 20 through the thickness of the adjusting plate 30.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the thickness of the control plate shown in FIG. 1 and the deposition rate of the substrate. As shown in the upper part of FIG. 4, when the deposition rate (D) is measured after the deposition process is completed, low values are shown at the center of the substrate (O) and the edge portion of the substrate. High value between edges. Therefore, the deposition uniformity of the substrate is improved by using the control plate 30.
  • the adjusting plate 30 serves as a resistance to the electric field formed by the antenna 20. As the thickness of the adjusting plate 30 increases, the electric field formed by the antenna 20 becomes weaker, and thus the deposition rate is lowered. By using such a point, it is possible to improve the deposition uniformity of the substrate by adjusting the thickness of the control plate 30. As shown in FIG. 4, the thickness d0, de of the center O of the substrate and the edge portion of the substrate having a lower deposition rate is larger than the thickness dm of the portion between the center O of the substrate and the edge of the substrate. By controlling the size of the electric field, the deposition uniformity can be improved. On the other hand, since the deposition rate and the thickness of the control plate 30 shown in Figure 4 is for explaining, for example, the deposition rate and the thickness of the control plate 30 may be different.
  • the substrate processing apparatus further includes a shower head 40, and the shower head 40 is installed between the lower chamber 10 and the chamber cover 12.
  • the shower head 40 not only supplies the reaction gas or the purge gas into the process region 13a, but also discharges the supplied reaction gas or the purge gas to the outside.
  • the shower head 40 has an inlet (41a) and the outlet (41b), the inlet (41a) and the outlet (41b) are formed on one side and the other side, respectively, to form a symmetry.
  • FIG. 5 is an enlarged view of an inlet portion of the showerhead shown in FIG. 2.
  • the shower head 40 has a plurality of diffusion passages 42, 44, 46 and inflow connection passages 42a, 44a connecting the diffusion passages 42, 44, 46 to each other.
  • the diffusion passages 42, 44, and 46 are formed in parallel with each other in a substantially horizontal form, and are stacked up and down.
  • the lower diffusion passage 42 is connected to the connection line 40a formed in the lower chamber 10 through the inlet 48, and the connection line 40a is connected to the supply line 50.
  • ALD atomic layer deposition
  • two or more process gases such as a film precursor and a reducing gas
  • the film precursor is absorbed on the surface of the substrate, and in the second step, it is reduced to form a predetermined film.
  • PEALD plasma enhanced atomic layer deposition
  • plasma is formed during introduction of a reducing gas to form a reducing plasma.
  • ALD and PEALD processes have been found to provide improved uniformity of layer thickness and suitability for the deposited layer, despite the disadvantage that these processes are slower than CVD and PECVD processes.
  • Supply line 50 includes first and second reaction gas lines 52, 54, purge gas line 56, and plasma line 58, which are connected through shower line 40 through connection line 40a. Supplied to.
  • the upper diffusion passage 46 is connected to the inlet 41a, and the reaction gas or the purge gas supplied through the supply line 50 sequentially passes through the diffusion passages 42, 44 and 46, and then the inlet 41a. It is supplied to the process region 13a through.
  • the first reactant gas line 52 supplies a first reactant gas, which may comprise a film precursor, such as a composition having a major atomic or molecular species found in a film formed on a substrate.
  • a first reactant gas which may comprise a film precursor, such as a composition having a major atomic or molecular species found in a film formed on a substrate.
  • the membrane precursor may be supplied to the showerhead 40 in the gas phase, starting as a solid, liquid or gas phase.
  • the first reaction gas is supplied to the process region 13a for a predetermined period, and the first reaction gas is absorbed by the substrate in a single layer. Thereafter, the purge gas is purged in the process region 13a through the purge gas line 56 which will be described later.
  • the second reaction gas line 54 supplies a second reaction gas
  • the second reaction gas may include a reducing agent.
  • the reducing agent may be supplied to the showerhead 40 in the gas phase, starting as a solid, liquid or gas phase.
  • the reducing gas is supplied to the process region 13a for a predetermined period, and the RF current is supplied to the antenna 20. This may cause ionization and dissociation of the second reaction gas supplied through the second reaction gas line 54, which may react with the film precursor to form the film to reduce the film precursor by the first reaction gas. Can form dissociated species.
  • the first reaction gas and the second reaction gas may be alternately supplied, alternately supplied may be performed periodically, or may be made aperiodic by varying the time period between the supply of the first and second reaction gas. have.
  • the purge gas line 56 may supply the purge gas to the shower head 40 between the supply of the first reaction gas and the second reaction gas.
  • the purge gas may include an inert gas such as a noble gas (ie, helium, neon, argon, xenon, krypton), nitrogen (or nitrogen containing gas), hydrogen (or hydrogen containing gas).
  • the plasma line 58 may selectively supply a remote plasma to the showerhead 40, and the remote plasma is supplied to the inside of the chamber and used to clean the inside of the chamber.
  • FIG. 6 is an enlarged view of an outlet portion of the showerhead shown in FIG. 2.
  • the shower head 40 has a plurality of converging flow paths 43, 45, 47 and converging flow paths 43, 45, 47 connecting the outflow connecting flow paths 43a, 45a to each other.
  • Has Converging flow paths 43, 45, and 47 are formed in parallel with each other in a substantially horizontal form, and are stacked up and down.
  • the lower converging flow passage 43 is connected to the connection line 40b formed in the lower chamber 10 through the outlet 49, and the connection line 40b is connected to the exhaust line 19a.
  • the upper converging flow passage 47 is connected to the outlet 41b, and the reaction gas or purge gas supplied into the process region 13a sequentially passes through the converging flow passages 43, 45 and 47 through the outlet 41b. After that, it is discharged through the exhaust line 19a.
  • FIG. 7A to 7C are diagrams showing the flow by the showerhead shown in FIG. 5 to 7C, the shapes and flows of the diffusion passages 42, 44, 46 and the convergence passages 43, 45, and 47 described above will be described.
  • atomic layer deposition is to supply a first reaction gas to adsorb the first reaction gas on the substrate, supply a purge gas to remove the first reaction gas or by-products,
  • the second reaction gas is supplied to the second reaction gas to react with the first reaction gas to deposit an atomic layer, and the purge gas is supplied again to remove the second reaction gas or by-products. That is, two process gases must be supplied and removed sequentially.
  • CVD chemical vapor deposition
  • a showerhead is generally used to uniformly supply the reaction gas onto the substrate from the top to the bottom.
  • FIG. 7A is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 2.
  • the shower head 40 has a ring shape with a central portion empty, and the central portion is formed to correspond to the position of the substrate S.
  • the antenna 20 described above may form an electric field on the substrate S through the central portion of the shower head 40.
  • the lower diffusion passage 42 and the inlet 48 and the lower convergence passage 43 and the outlet 49 are located on opposite sides, and the substrate S is placed therebetween.
  • the inlet 48 is connected to the supply line 50, through which the reaction gas or the purge gas flows.
  • the outlet 49 is connected to the exhaust line 19a and the reaction gas or purge gas is discharged through the exhaust line 50.
  • a flow from the inlet 48 to the outlet 49 is formed on top of the substrate S, and as will be described later, the flow is diffused into the flow paths 42, 44, 46. And uniformly formed by the shapes of the converging flow paths 43, 45, and 47.
  • the lower diffusion passage 42 communicates with the inlet 48, and the gas supplied from the supply line 50 flows in through the inlet 48 and then passes through the lower diffusion passage 42. Through it is spread in the direction of the arrow. At this time, the lower diffusion passage 42 is gradually increased (or continuously) in the cross-sectional area along the flow direction (or arrow direction) of the gas, thereby allowing the gas to diffuse along the flow direction.
  • the lower converging flow passage 43 communicates with the outlet 49, and the gas introduced through the outlet 41b converges in the direction of the arrow through the lower converging flow passage 43 and exits ( 49). In this case, the lower converging flow passage 43 gradually decreases (or continuously) the cross-sectional area along the flow direction (or arrow direction) of the gas, whereby the gas may converge along the flow direction.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 2.
  • the intermediate diffusion passage 44 communicates with the lower diffusion passage 42 through the inflow connecting passage 42a, and the gas introduced through the lower diffusion passage 42 is the intermediate diffusion passage 44. Diffuses in the direction of the arrow.
  • the intermediate diffusion flow path 44 is gradually increased (or continuously) in the cross-sectional area along the flow direction (or arrow direction) of the gas, thereby allowing the gas to diffuse along the flow direction.
  • the intermediate convergence flow path 45 communicates with the lower convergence flow path 43 through the outflow connection flow path 43a, and the gas introduced through the outlet 41b is the intermediate convergence flow path 45.
  • the intermediate convergence passage 45 gradually decreases (or continuously) the cross-sectional area along the flow direction (or arrow direction) of the gas, whereby the gas may converge along the flow direction.
  • FIG. 7C is a cross-sectional view taken along the line C-C of FIG. 2.
  • the upper diffusion passage 46 communicates with the intermediate diffusion passage 44 through the inflow connection passage 44a, and the gas introduced through the intermediate diffusion passage 44 is the upper diffusion passage 46. Diffuses in the direction of the arrow.
  • the upper diffusion passage 46 is gradually increased (or continuously) in the cross-sectional area along the flow direction (or arrow direction) of the gas, thereby allowing the gas to diffuse along the flow direction.
  • the diffused gas is supplied to the upper portion of the substrate S through the inlet 41a, and forms parallel parallel flows toward the outlet 41b.
  • FIG. 7C is a cross-sectional view taken along the line C-C of FIG. 2.
  • the upper convergence flow passage 47 communicates with the intermediate convergence flow passage 45 through the outlet connection flow passage 45a, and the gas introduced through the outlet 41b is the upper convergence flow passage 47. Converging in the direction of the arrow through the toward the outflow connecting passage (45a). At this time, the upper converging flow passage 47 gradually decreases (or continuously) the cross-sectional area along the flow direction (or arrow direction) of the gas, whereby the gas can converge along the flow direction.
  • the gas supplied from the supply line 50 flows into the shower head 40 through the inlet 48, and the gas flows into the lower diffusion passage 42 and the intermediate diffusion passage ( 44), and as the flow direction changes from right to left to right as it passes through the upper diffusion passage 46, it may diffuse as the cross-sectional area of the flow path increases. That is, the gas may be sufficiently diffused while passing through the diffusion passages 42, 44, and 46, whereby the gas supplied to the process region 13a through the inlet 41a flows corresponding to the substrate S. It may have a width.
  • the outlet 41b and the upper converging passage 47 have a flow width corresponding to the substrate S, and the exhaust pressure provided through the outlet 49 converges. It is provided evenly with respect to the front face of the outlet 41b through the flow paths 43, 45, 47. Accordingly, the substrate S is positioned between the upper diffusion passage 46 and the upper convergence passage 47, and the gas introduced through the inlet 41a is uniformly directed toward the outlet 41b on the upper portion of the substrate S. To form a parallel flow.
  • the flow direction changes from right to left to right and gradually converges as the cross-sectional area of the flow path decreases. And is discharged along the exhaust line 19a through the outlet 49.
  • gas can be supplied and discharged quickly, and in particular, two or more reaction gases and purge gas can be quickly converted and supplied.
  • the gas can be switched as quickly as possible.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a cyclic thin film deposition method according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a substrate is loaded into a chamber of a semiconductor manufacturing apparatus (S100).
  • a silicon thin film is formed on the substrate loaded in the chamber (S200), and the step of depositing silicon (S210) and the first purge step (S220) are performed together to form the silicon thin film.
  • a silicon precursor may be injected into the chamber to deposit silicon on the substrate (S210).
  • a first purge step of removing unreacted silicon precursor and reaction by-products is performed (S220). Thereafter, the step of depositing silicon (S210) and the first purge step (S220) are repeated (S230) to form a silicon thin film on the substrate.
  • Deposition of the silicon (S210) and the first purge step (S220) may be performed, for example, repeated 3 to 10 times. In the deposition of each silicon (S210), one to several silicon atomic layers may be formed on the substrate. Therefore, when the step of depositing silicon (S210) and the first purge step (S220) is repeatedly performed (S230), a silicon thin film made of amorphous silicon or polysilicon having polycrystallineness may be formed on the substrate. Amorphous silicon or a silicon thin film having a polycrystalline may have a thickness of several tens of microns.
  • the silicon thin film formed on the substrate is formed of an insulating film containing silicon (S300).
  • the insulating film containing silicon may be, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film.
  • a reaction gas may be injected by forming a plasma atmosphere inside the chamber.
  • the reaction gas may be one or more gases selected from the group comprising, for example, O 2, O 3, N 2 and NH 3.
  • the reaction gas may be a gas containing an oxygen atom such as O 2 or O 3.
  • the reaction gas may be a gas containing a nitrogen atom such as N 2 or NH 3.
  • a plasma atmosphere may be formed using O 2 or O 3 as an ignition gas in the chamber.
  • a plasma atmosphere may be formed using N 2 or NH 3 as an ignition gas in the chamber.
  • a second purge step of removing the reaction by-product and the reaction gas or the ignition gas may be performed in the chamber (S400).
  • the step of forming a silicon thin film (S200), the step of forming an insulating film containing silicon (S300) and the second purge step (S400) may be repeatedly performed as necessary.
  • the substrate may be unloaded from the chamber (S900).
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a cyclic thin film deposition method according to an embodiment of the present invention.
  • injection and purge of a silicon (Si) precursor are repeatedly performed. After the injection and purge of the silicon precursor are repeatedly performed several times, respectively, a plasma atmosphere is formed. In a state where a plasma atmosphere is formed, a reaction gas may be injected as necessary.
  • the injection and purge of the silicon precursor is repeatedly performed, and then the step of forming the plasma atmosphere is operated in one cycle. That is, after the injection and purge of the silicon precursor is repeatedly performed to form a silicon thin film, a process of forming an insulating film containing silicon by forming a plasma atmosphere is performed in one cycle.
  • the injection and purge of the silicon precursor may be repeatedly performed, as well as the formation of the silicon thin film and the formation of the insulating film may be repeatedly performed.
  • FIGS. 10A to 13 illustrate in detail step by step a cyclic thin film deposition method according to an embodiment of the present invention.
  • reference numerals to FIGS. 8 and 9 may be used together if necessary.
  • 10A to 10C are cross-sectional views illustrating a step of depositing silicon according to an embodiment of the present invention.
  • 10A is a cross-sectional view illustrating a step of injecting a silicon precursor according to an embodiment of the present invention.
  • a silicon precursor 50 is injected into a chamber loaded with the substrate 100.
  • Substrate 100 may include a semiconductor substrate, for example, a silicon or compound semiconductor wafer.
  • the substrate 100 may include a semiconductor such as glass, metal, ceramic, quartz, and other substrate materials.
  • the silicon precursor 50 is, for example, an amino-based silane such as bisethylmethylaminosilane (BEMAS), bisdimethylaminosilane (BDMAS), BEDAS, tetrakisethylmethylaminosilane (TEMAS), tetrakisidimethylaminosilane (TDMAS), or TEDAS, or a chlorinated silane such as hexachlorinedisilan (HCD).
  • the precursor may be a silane-based precursor including silicon and hydrogen.
  • the substrate 100 may maintain a temperature of 50 to 600 ° C. so that the substrate 100 may react with the silicon precursor 50.
  • the pressure inside the chamber loaded with the substrate 100 may maintain 0.05 to 10 Torr.
  • FIG. 10B is a cross-sectional view illustrating a state of depositing silicon on a substrate according to an embodiment of the present invention.
  • silicon precursor 50 by reacting the silicon precursor 50 with the substrate 100, silicon atoms may be deposited on the substrate 100 to form the silicon layer 112.
  • the silicon layer 112 may be made of one to several silicon atomic layers.
  • the silicon precursor 50 may react with the substrate 100 to form a reaction byproduct 52. In addition, some of the silicon precursor 50 may not react with the substrate 100 and may remain unreacted.
  • FIG. 10C is a cross-sectional view illustrating a state of performing a first purge step according to an embodiment of the present invention.
  • a purge for removing the remaining unreacted silicon precursor 50 and the reaction byproduct 52 from the inside of the chamber 11 may be performed. purge).
  • the purge step of removing the unreacted silicon precursor 50 and the reaction byproduct 52 inside the chamber 11 may be referred to as a first purge step.
  • the substrate 100 may maintain a temperature of 50 to 600 °C.
  • the pressure inside the chamber 11 loaded with the substrate 100 may maintain 0.05 to 10 Torr. That is, during the deposition of the silicon layer 112 and the first purge step, the temperature of the substrate 100 and the pressure inside the chamber 11 may be kept constant.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state of depositing a silicon thin film according to an embodiment of the present invention.
  • the plurality of silicon layers 112, 114, and 116 are deposited on the substrate 100 to form amorphous silicon or polysilicon having polycrystalline properties.
  • a silicon thin film 110 is formed.
  • the silicon thin film 110 may have a thickness of several to several tens of micrometers.
  • the silicon thin film 110 may be formed by repeatedly depositing the silicon layer 112 and the first purge step 3 to 10 times to include 3 to 10 silicon layers 112, 114, and 116.
  • the silicon thin film 110 when the silicon thin film 110 is formed of the plurality of silicon layers 112, the silicon thin film 110 may have excellent film quality and step coverage.
  • FIG. 12A is a cross-sectional view illustrating a step of forming a silicon thin film according to an embodiment of the present invention as an insulating film containing silicon.
  • plasma is applied to the substrate 100 on which the silicon thin film 110 is formed. That is, the inside of the chamber loaded with the substrate 100 is formed in a plasma atmosphere.
  • an Inductively Coupled Plasma (ICP), Capacitively Coupled Plasma (CCP), or Microwave (MW) Plasma method may be used.
  • ICP Inductively Coupled Plasma
  • CCP Capacitively Coupled Plasma
  • MW Microwave
  • one or more ignition gases selected from the group comprising Ar, He, Kr and Xe and for example selected from the group comprising O 2, O 3, N 2 and NH 3
  • One or more reactant gases 60 may be injected.
  • the ignition gas may be injected at a flow rate of 100 to 3000sccm.
  • one or more reactant gases 60 selected from the group comprising, for example, O 2, O 3, N 2 and NH 3 may be injected to form a plasma atmosphere.
  • the reaction gas 60 may serve as an ignition gas and may not inject a separate ignition gas.
  • the silicon thin film 110 may be formed of a silicon oxide film by reacting with oxygen atoms included in the reaction gas 60.
  • a gas containing oxygen atoms such as, for example, O 2 and O 3
  • the silicon thin film 110 may be formed as a silicon nitride film by reacting with nitrogen atoms included in the reaction gas 60. Can be.
  • the pressure of the chamber 11 loaded with the substrate 100 is maintained at 0.05 to 10 Torr. Can be.
  • 12B is a cross-sectional view illustrating a second purge step including silicon according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a second purge step of removing the remaining reaction gas 60 or reaction by-products is performed to form an insulating layer 120a including silicon.
  • the insulating film 120a including silicon may be, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film.
  • the insulating film 120a containing silicon such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed in a plasma atmosphere, excellent film quality can be obtained. In particular, even when the insulating film 120a containing silicon is formed to have a thin thickness, it may have excellent film quality.
  • the insulating film 120a including silicon may also have excellent film quality and step coverage.
  • the insulating film 120a including silicon since the insulating film 120a including silicon is formed in a plasma atmosphere, the insulating film 120a may have better film quality.
  • the purge step of removing the remaining unreacted reaction gas 60 or reaction by-products inside the chamber 11 may be referred to as a second purge step.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating an insulating film including silicon according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 the steps described with reference to FIGS. 10A through 12B may be repeated to form an insulating film 120 including insulating films 120a and 120b including a plurality of silicon.
  • the silicon thin film 110 shown in FIG. 12A is formed of the insulating film 120a containing silicon, the silicon thin film 110 is changed from the exposed surface to the insulating film. Therefore, when the silicon thin film 110 is thick, oxygen or nitrogen for reacting with the silicon thin film 110 should penetrate through an insulating film formed on the surface of the silicon thin film 110. Therefore, the formation speed of the insulating layer is slower as the silicon thin film 110 is thicker.
  • the process of forming a relatively thin silicon thin film and then forming an insulating film containing silicon is repeated, rather than forming a relatively thick silicon thin film at once. This can be shortened.
  • the number of times to repeat the steps described with reference to FIGS. 10A to 12B can be determined.
  • the insulating film 120 is shown to include insulating films 120a and 120b including two silicon, it is also possible to include an insulating film containing three or more silicon.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a cyclic thin film deposition method according to another embodiment of the present invention.
  • a substrate is loaded into a chamber of a semiconductor manufacturing apparatus (S100).
  • An insulating film is deposited on the substrate loaded in the chamber (S200), depositing silicon to deposit the insulating film (S210), first purge step (S220), reaction step (S230), and second purge step (S240). ) Is performed together.
  • a silicon precursor may be injected into the chamber to deposit silicon on the substrate (S210).
  • a first purge step of removing unreacted silicon precursor and reaction by-products is performed (S220).
  • the silicon formed on the substrate is reacted with a reaction gas to perform a reaction step of forming an insulating film containing silicon (S230).
  • the insulating film containing silicon may be, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film.
  • a first reaction gas may be injected into the chamber.
  • the first reactant gas may be one or more gases selected from the group comprising, for example, O 2, O 3, N 2 and NH 3.
  • the first reaction gas is a gas containing an oxygen atom such as O 2 or O 3, or O 2-(oxygen anion) or O * (oxygen radical) formed using plasma in an O 2 atmosphere. May be).
  • the first reaction gas may be a gas containing a nitrogen atom such as N 2 or NH 3.
  • a second purge step of removing the reaction by-product and the reaction gas or the ignition gas may be performed in the chamber (S240).
  • the deposition of silicon (S210), the first purge step (S220), the reaction step (S230) and the second purge step (S240) may be repeatedly performed (S250).
  • Deposition of the silicon (S210), the first purge step (S220), the reaction step (S230) and the second purge step (S240) may be performed, for example, repeated 3 to 10 times.
  • the temperature of the substrate and the pressure inside the chamber are constant during the insulating film deposition step S200 including the step of depositing silicon (S210), the first purge step (S220), the reaction step (S230), and the second purge step (S240). I can keep it.
  • each silicon In depositing each silicon (S210), at least one silicon atomic layer may be formed on the substrate.
  • the insulating film containing silicon may be formed to have a thickness of several to several tens of micrometers. After the insulating film containing silicon is formed, a densification step is performed (S300).
  • a plasma atmosphere may be formed in the chamber.
  • the second reaction gas may be injected together with the plasma atmosphere.
  • the second reactant gas can be, for example, one or more gases selected from the group comprising H2, O2, O3, N2 and NH3.
  • the insulating film measuring step S200 and the densifying step S300 may be repeatedly performed as necessary (S400).
  • the substrate may be unloaded from the chamber (S900).
  • 15 is a diagram illustrating a cyclic thin film deposition method according to another embodiment of the present invention.
  • injection and purge of a silicon (Si) precursor and injection and purge of a first reaction gas are repeatedly performed. After the purge after the injection of the silicon precursor and the purge after the injection of the first reaction gas are repeatedly performed, a plasma atmosphere is formed. In the state where the plasma atmosphere is formed, the second reaction gas may be injected as necessary.
  • the injection and purge of the silicon precursor and the injection and purge of the first reactant gas are repeatedly performed, and the operation of forming the plasma atmosphere is performed in one cycle. That is, the injection and purge of the silicon precursor and the injection and purge of the reaction gas are repeatedly performed to form an insulating film containing silicon, and then a plasma atmosphere is formed to densify the insulating film containing silicon.
  • the injection and purge of the silicon precursor and the injection and purge of the first reaction gas may be repeatedly performed, as well as the formation and densification or repeatedly of the insulating film containing silicon.
  • FIGS. 16A to 20 illustrate in detail step by step a cyclic thin film deposition method according to another embodiment of the present invention.
  • reference numerals to FIGS. 14 and 15 may be used together if necessary.
  • 16A through 16C are cross-sectional views illustrating depositing silicon according to an embodiment of the present invention.
  • 16A is a cross-sectional view illustrating a step of injecting a silicon precursor according to an embodiment of the present invention.
  • a silicon precursor 50 is injected into a chamber loaded with the substrate 100.
  • Substrate 100 may include a semiconductor substrate, for example, a silicon or compound semiconductor wafer.
  • the substrate 100 may include a semiconductor such as glass, metal, ceramic, quartz, and other substrate materials.
  • the silicon precursor 50 is, for example, an amino-based silane such as bisethylmethylaminosilane (BEMAS), bisdimethylaminosilane (BDMAS), BEDAS, tetrakisethylmethylaminosilane (TEMAS), tetrakisidimethylaminosilane (TDMAS), or TEDAS, or a chlorinated silane such as hexachlorinedisilan (HCD).
  • BEMAS bisethylmethylaminosilane
  • BDMAS bisdimethylaminosilane
  • BEDAS tetrakisethylmethylaminosilane
  • TEMAS tetrakisethylmethylaminosilane
  • TDMAS tetrakisidimethylaminosilane
  • TEDAS a chlorinated silane
  • HCD hexachlorinedisilan
  • the substrate 100 may maintain a temperature of 50 to 600 ° C. so that the substrate 100 may react with the silicon precursor 50.
  • the pressure inside the chamber loaded with the substrate 100 may maintain 0.05 to 10 Torr.
  • 16B is a cross-sectional view illustrating a state of depositing silicon on a substrate according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 16B, by reacting the silicon precursor 50 with the substrate 100, silicon atoms may be deposited on the substrate 100 to form the silicon layer 112.
  • the silicon layer 112 may be made of at least one silicon atomic layer.
  • the silicon precursor 50 may react with the substrate 100 to form a reaction byproduct 52. In addition, some of the silicon precursor 50 may not react with the substrate 100 and may remain unreacted.
  • 16C is a cross-sectional view illustrating a state of performing a first purge step according to an embodiment of the present invention.
  • a purge for removing the remaining unreacted silicon precursor 50 and the reaction by-product 52 from the inside of the chamber is removed. Can be done.
  • the purge step of removing the unreacted silicon precursor 50 and the reaction byproduct 52 in the chamber may be referred to as a first purge step.
  • the substrate 100 may maintain a temperature of 50 to 600 °C.
  • the pressure inside the chamber loaded with the substrate 100 may maintain 0.05 to 10 Torr. That is, during the deposition of the silicon layer 112 and the first purge step, the temperature of the substrate 100 and the pressure inside the chamber may be kept constant.
  • 17A to 17C are cross-sectional views illustrating a step of forming an insulating film including silicon according to an embodiment of the present invention.
  • 17A is a cross-sectional view illustrating a step of injecting a reaction gas according to an embodiment of the present invention.
  • a first reaction gas 60 is injected into a chamber loaded with the substrate 100.
  • the first reaction gas 60 may be, for example, one or more gases selected from the group comprising O 2, O 3, N 2 and NH 3.
  • the first reaction gas 60 may be, for example, O 2-(oxygen anion) or O * (oxygen radical) formed by using a plasma in an O 2 atmosphere.
  • the substrate 100 may maintain a temperature of 50 to 600 ° C. such that the substrate 100 may react with the first reaction gas 60.
  • the pressure inside the chamber loaded with the substrate 100 may maintain 0.05 to 10 Torr.
  • FIG. 17B is a cross-sectional view illustrating the deposition of an insulating film including silicon on a substrate according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • an insulating film 122a including silicon may be formed on the substrate 100 by those reacting with the silicon layer 112 of the first reaction gas 60.
  • the first reaction gas 60 may react with the silicon layer 112 to form a reaction byproduct 62. In addition, some of the first reaction gas 60 may not react with the silicon layer 112 and may remain in an unreacted state.
  • the first reaction gas 60 may be formed of silicon.
  • the layer 112 may be formed of a silicon oxide film by reacting with oxygen atoms included in the first reaction gas 60.
  • the silicon layer 112 reacts with the nitrogen atoms contained in the first reaction gas 60 to form silicon. It may be formed of a nitride film.
  • 17C is a cross-sectional view illustrating a state of performing a second purge step according to an embodiment of the present invention.
  • the insulating film 122a including silicon is formed on the substrate 100
  • the remaining unreacted first reaction gas 60 and the reaction by-product 62 are removed in the chamber.
  • a purge may be performed.
  • the purge step of removing the unreacted first reaction gas 60 and the reaction byproduct 62 from the inside of the chamber may be referred to as a second purge step.
  • the substrate 100 may maintain a temperature of 50 to 600 °C.
  • the pressure inside the chamber loaded with the substrate 100 may maintain 0.05 to 10 Torr.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating an insulating film including a plurality of silicon according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 18, the steps shown in FIGS. 16A through 16C are repeated to form the insulating layer 122 formed of the insulating layers 122a, 122b and 122c including the plurality of silicon.
  • the insulation layer 122 may have a thickness of several to several tens of micrometers.
  • the process of depositing the insulating films 122a, 122b, or 122c containing each silicon is repeated 3 to 10 times so that the insulating film 122 includes the insulating films 122a, 122b, and 122c containing 3 to 10 silicon. Can be performed.
  • the insulating layer 122 when the insulating layer 122 is formed of insulating layers 122a, 122b, and 122c including a plurality of silicon, the insulating layer 122 may have excellent film quality and step coverage.
  • 19A and 19B are cross-sectional views illustrating densification of an insulating film according to an embodiment of the present invention.
  • 19A is a cross-sectional view illustrating a plasma atmosphere supplied to an insulating layer according to an embodiment of the present invention.
  • plasma is applied to the substrate 100 on which the insulating layer 122 is formed. That is, the inside of the chamber loaded with the substrate 100 is formed in a plasma atmosphere.
  • an Inductively Coupled Plasma (ICP), Capacitively Coupled Plasma (CCP), or Microwave (MW) Plasma method may be used.
  • ICP Inductively Coupled Plasma
  • CCP Capacitively Coupled Plasma
  • MW Microwave
  • power of 100 W to 3 kW may be applied.
  • one or more ignition gases selected from the group comprising Ar, He, Kr and Xe may be injected. At this time, the ignition gas may be injected at a flow rate of 100 to 3000sccm.
  • the second reaction gas 64 may be further injected.
  • the second reaction gas 64 is, for example, one or more gases selected from the group comprising H 2, O 2, O 3, N 2 and NH 3 or O 2-(oxygen anion) or O * (oxygen) formed using plasma in an O 2 atmosphere. Radicals).
  • the second reaction gas 64 is a gas containing oxygen atoms such as, for example, O2 or O3, O2 + (oxygen cation) or O formed using plasma in an O2 atmosphere. * (Oxygen radical), or H2 can be used.
  • the insulating layer 122 is a silicon nitride film
  • a gas containing nitrogen atoms such as N 2 and NH 3 or H 2 may be used as the second reaction gas 64, for example.
  • 19B is a cross-sectional view illustrating a form of the densified insulating layer 122D according to an embodiment of the present invention.
  • the insulating layer 122 may be densified in a plasma atmosphere to form a densified insulating layer 122D.
  • the pressure of the chamber loaded with the substrate 100 may be maintained at 0.05 to 10 Torr.
  • the densified insulating layer 122D obtained by treating the insulating layer 122 in a plasma atmosphere may have excellent film quality due to insulation characteristics and the like.
  • the densified insulating layer 112D is formed to have a thin thickness, it can have excellent film quality.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view illustrating an insulating film including silicon according to another exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 20, the steps described with reference to FIGS. 16A through 19B may be repeated to form the insulating layer 120 including the plurality of densified insulating layers 122D and 124D.
  • the influence of the plasma or the second reaction gas 64 may be relatively lower in the lower portion of the insulating layer 122. Therefore, in order to further improve the film quality of the insulating film 120, the insulating film 120 including the plurality of relatively thin densified insulating film layers 122D and 124D may be formed.
  • the insulating film 120 is illustrated as including two densified insulating films 122D and 124D, it is also possible to include three or more densified insulating films. That is, the number of densified insulating film layers included in the insulating film 120 may be determined in consideration of the desired thickness of the insulating film 120. That is, the number of times to repeat the steps described with reference to FIGS. 4A to 19B may be determined in consideration of the desired thickness of the insulating layer 120.
  • the present invention can be applied to various types of substrate processing apparatuses.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판처리장치는 기판에 대한 공정이 이루어지는 챔버; 상기 챔버의 내부에 설치되며, 상기 기판이 놓여지는 기판지지대; 그리고 상기 챔버의 상부에 설치되어 상기 챔버의 내부에 전계(electric field)를 형성하는 안테나를 포함하되, 상기 안테나는 기설정된 중심선을 기준으로 대칭을 이루도록 배치되는 제1 및 제2 안테나를 구비하고, 상기 제1 안테나는 제1 및 제2 반경을 각각 가지고 기설정된 중심선을 기준으로 일측 및 타측에 각각 위치하는 반원 형상의 제1 내측안테나 및 제1 중간안테나와, 상기 제1 내측안테나 및 상기 제1 중간안테나를 서로 연결하는 제1 연결안테나를 가지며, 상기 제2 안테나는 상기 제1 및 제2 반경을 각각 가지고 상기 중심선을 기준으로 일측 및 타측에 각각 위치하는 반원 형상의 제2 중간안테나 및 제2 내측안테나와, 상기 제2 중간안테나 및 상기 제2 내측안테나를 서로 연결하는 제2 연결안테나를 구비한다.

Description

반원 형상의 안테나를 구비하는 기판 처리 장치
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반원 형상의 안테나를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 장치는 실리콘 기판 상에 많은 층들(layers)을 가지고 있으며, 이와 같은 층들은 증착공정을 통하여 기판 상에 증착된다. 이와 같은 증착공정은 몇가지 중요한 이슈들을 가지고 있으며, 이와 같은 이슈들은 증착된 막들을 평가하고 증착방법을 선택하는 데 있어서 중요하다.
첫번째는 증착된 막의 '질'(qulity)이다. 이는 조성(composition), 오염도(contamination levels), 손실도(defect density), 그리고 기계적·전기적 특성(mechanical and electrical properties)을 의미한다. 막들의 조성은 증착조건에 따라 변할 수 있으며, 이는 특정한 조성(specific composition)을 얻기 위하여 매우 중요하다.
두번째는, 웨이퍼를 가로지르는 균일한 두께(uniform thickness)이다. 특히, 단차(step)가 형성된 비평면(nonplanar) 형상의 패턴 상부에 증착된 막의 두께가 매우 중요하다. 증착된 막의 두께가 균일한지 여부는 단차진 부분에 증착된 최소 두께를 패턴의 상부면에 증착된 두께로 나눈 값으로 정의되는 스텝 커버리지(step coverage)를 통하여 판단할 수 있다.
증착과 관련된 또 다른 이슈는 공간을 채우는 것(filling space)이다. 이는 금속라인들 사이를 산화막을 포함하는 절연막으로 채우는 갭 필링(gap filling)을 포함한다. 갭은 금속라인들을 물리적 및 전기적으로 절연시키기 위하여 제공된다.
이와 같은 이슈들 중 균일도는 증착공정과 관련된 중요한 이슈 중 하나이며, 불균일한 막은 금속배선(metal line) 상에서 높은 전기저항(electrical resistance)을 가져오며, 기계적인 파손의 가능성을 증가시킨다.
본 발명의 목적은 공정균일도를 확보할 수 있는 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 안테나를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판처리장치는 기판에 대한 공정이 이루어지는 챔버; 상기 챔버의 내부에 설치되며, 상기 기판이 놓여지는 기판지지대; 그리고 상기 챔버의 상부에 설치되어 상기 챔버의 내부에 전계(electric field)를 형성하는 안테나를 포함하되, 상기 안테나는 기설정된 중심선을 기준으로 대칭을 이루도록 배치되는 제1 및 제2 안테나를 구비하고, 상기 제1 안테나는 제1 및 제2 반경을 각각 가지고 기설정된 중심선을 기준으로 일측 및 타측에 각각 위치하는 반원 형상의 제1 내측안테나 및 제1 중간안테나와, 상기 제1 내측안테나 및 상기 제1 중간안테나를 서로 연결하는 제1 연결안테나를 가지며, 상기 제2 안테나는 상기 제1 및 제2 반경을 각각 가지고 상기 중심선을 기준으로 일측 및 타측에 각각 위치하는 반원 형상의 제2 중간안테나 및 제2 내측안테나와, 상기 제2 중간안테나 및 상기 제2 내측안테나를 서로 연결하는 제2 연결안테나를 구비한다.
상기 제1 안테나는 제3 반경을 가지고 상기 중심선을 기준으로 일측에 위치하는 반원 형상의 제1 외측안테나를 더 가지고, 상기 제2 안테나는 제3 반경을 가지고 상기 중심선을 기준으로 타측에 위치하는 반원 형상의 제2 외측안테나를 더 가지며, 상기 제1 중간안테나는 상기 제2 내측안테나 및 상기 제2 외측안테나의 사이에 배치되고, 상기 제2 중간안테나는 상기 제1 내측안테나 및 상기 제1 외측안테나의 사이에 배치될 수 있다.
상기 안테나는 상기 제1 및 제2 안테나가 동일 평면 상에 위치하는 플랫(flat) 형상일 수 있다.
상기 챔버는 상부가 개방된 하부챔버 및 상기 하부챔버의 상부를 개폐하고 상기 안테나의 하부에 위치하는 챔버 덮개, 그리고 상기 안테나와 상기 챔버 덮개의 사이에 위치하여 상기 챔버의 내부에 형성된 전계를 조절하는 조절플레이트를 구비할 수 있다.
상기 조절플레이트의 두께는 상기 챔버의 내부에서 이루어지는 공정률에 따라 결정될 수 있다.
상기 기판처리장치는 상기 챔버의 내부에 반응가스를 공급하는 유입구 및 상기 챔버 내부에 공급된 상기 반응가스를 배출하는 유출구가 대칭을 이루어 형성되는 샤워헤드를 구비하며, 상기 샤워헤드는 상기 유입구에 연결되며 상기 반응가스의 유동방향에 따라 단면적이 증가하는 복수의 확산유로들과 상기 확산유로들을 서로 연결하는 유입연결유로들을 가질 수 있다.
상기 확산유로들은 상하로 배치될 수 있다.
상기 샤워헤드는 상기 유출구에 연결되며 상기 반응가스의 유동방향에 따라 단면적이 감소하는 복수의 수렴유로들과 상기 수렴유로들을 서로 연결하는 유출연결유로들을 가질 수 있다.
본 발명에 의하면 챔버 내에 균일한 밀도를 가지는 플라즈마를 생성할 수 있다. 또한 플라즈마를 이용하는 피처리체에 대한 공정균일도를 확보할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시한 안테나를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 조절플레이트의 두께와 기판의 증착률과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 2에 도시한 샤워헤드의 유입구 부분을 확대한 도면이다.
도 6은 도 2에 도시한 샤워헤드의 유출구 부분을 확대한 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 도 1에 도시한 샤워헤드에 의한 유동을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 사이클릭 박막 증착 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 사이클릭 박막 증착 방법을 나타내는 다이어그램이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 실시 예에 따른 실리콘을 증착하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 실리콘 박막을 형성한 모습을 나타내는 단면도이다.
도 12a는 본 발명의 실시 예에 따른 실리콘 박막을 실리콘이 포함되는 절연막으로 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 12b는 본 발명의 실시 예에 따른 실리콘이 포함된 제2 퍼지 단계를 수행한 모습을 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 실리콘이 포함된 절연막을 형성한 모습을 나타내는 단면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 사이클릭 박막 증착 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 사이클릭 박막 증착 방법을 나타내는 다이어그램이다.
도 16a 내지 도 16c는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 실리콘을 증착하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 17a 내지 도 17c는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 실리콘이 포함되는 절연막을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 복수의 실리콘이 포함되는 절연막을 형성한 모습을 나타내는 단면도이다.
도 19a 및 도 19b는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 절연막을 치밀화하는 단계를 나타내는 단면도들이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 실리콘이 포함된 절연막을 형성한 모습을 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 기판처리장치는 기판에 대한 공정이 이루어지는 챔버를 포함하며, 챔버는 외부로부터 차단된 내부공간을 제공하여 공정진행시 기판을 외부로부터 차단한다. 챔버는 상부가 개방된 형상의 하부챔버(10)와 상부챔버(10)의 상부를 개폐하는 챔버 덮개(12)를 구비하며, 챔버 덮개(12)는 고정링(32)에 의해 하부챔버(10)의 상부에 고정된다.
하부챔버(10)는 일측벽에 형성된 통로(14)를 가지며, 기판은 통로(14)를 통해 하부챔버(10)의 내부를 출입한다. 통로(14)는 하부챔버(10)의 외부에 설치된 게이트밸브(16)에 의해 개폐된다. 또한, 하부챔버(10)의 타측벽에는 배기구(18)가 형성되며, 배기구(18)는 배기라인(19a)에 연결된다. 배기라인(19a)은 진공펌프(도시안함)에 연결되며, 기판이 하부챔버(10)의 내부에 전달된 후 공정이 진행되기 전 단계에서, 배기구(18)를 통해 하부챔버(10) 내부의 가스를 배기하여 하부챔버(10)의 내부에 진공을 형성할 수 있다.
기판은 게이트밸브(16)에 의해 개방된 통로(14)를 통해 하부챔버(10)의 내부로 이동하며, 내부공간 내에 설치된 지지대(11)의 상부에 놓여진다. 이때, 도 1에 도시한 바와 같이, 지지대(11) 상에는 복수의 리프트핀들(11a)이 제공되며, 리프트핀들(11a)은 기립한 상태에서 지지대(11)의 상부로 이동한 기판을 지지한다. 지지대(11)가 하부챔버(10)의 하부에 위치한 상태에서, 리프트핀들(11a)의 하단은 하부챔버(10)의 하부벽에 의해 지지되며, 리프트핀들(11a)의 상단은 지지대(11)의 상부면으로부터 돌출된 상태를 유지하므로, 기판은 리프트핀들(11a)에 의해 지지대(11)로부터 이격되어 위치한다.
지지대(11)는 승강축(13)에 연결되며, 승강축(13)은 구동부(15)에 의해 승강한다. 승강축(13)은 하부챔버(10)의 개방된 하부를 통해 구동부(15)에 연결될 수 있으며, 구동부(15)에 의해 지지대(11)를 상하로 이동시킨다.
도 2에 도시한 바와 같이, 지지대(11)는 상승하여 샤워헤드(40) 근처까지 이동할 수 있으며, 지지대(11)는 샤워헤드(40)의 양측 돌출부 하단에 접하여 지지대(11)와 챔버 덮개(12)에 의해 둘러싸인 공정영역(13a)이 형성될 수 있다. 지지대(11)는 기판의 온도를 조절할 수 있는 온도조절시스템(예를 들어, 히터와 같은)을 구비할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 지지대(11)에 놓여진 기판에 대한 공정은 공정영역(13a) 내에서만 이루어지며, 반응가스 또는 퍼지가스는 공정영역(13a) 내에만 공급될 수 있다. 이때, 지지대(11)가 상승함에 따라 리프트핀들(11a)의 상단이 지지대(11)의 내부로 삽입되며, 기판은 지지대(11)의 상부면에 안착될 수 있다.
한편, 가이드(19)는 지지대(11)의 외측에 설치되며, 지지대(11)의 승강방향을 따라 배치된다. 가이드(19)는 배기구(18)와 연통되는 가이드홀(18a)을 가지며, 공정진행시 가이드홀(18a) 및 배기구(18)를 통해 하부챔버(10) 내부의 가스를 배출하여 하부챔버(10) 내부의 압력을 조절한다.
안테나(20)는 챔버 덮개(12)의 상부에 설치된다. 안테나(20)는 RF전원(도시안함)에 각각 연결되어 공정영역(13a) 내에 전계(electric field)를 형성하며, 공정영역(13a) 내에 공급된 반응가스로부터 플라즈마를 발생시킨다. 도 3은 도 1에 도시한 안테나를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 안테나(20)는 일체로 형성된 제1 및 제2 안테나를 구비하며, 제1 및 제2 안테나는 중심선(R)을 기준으로 180° 회전대칭을 이룬다. 제1 안테나는 중심을 기준으로 반원 형상을 이루는 제1 내측안테나(21), 제1 중간안테나(23), 제1 외측안테나(25)를 가진다. 제1 내측안테나(21)는 제1 반경(r1)을 가지고, 제1 중간 안테나(23)는 제2 반경(r2)을 가지며, 제1 외측안테나(25)는 반경(r3)을 가진다(r1<r2<r3). 이때, 제1 내측연결안테나(21a)는 제1 내측안테나(21)와 제1 중간안테나(23)를 연결하며, 제1 외측연결안테나(23a)는 제1 중간안테나(23)와 제1 외측안테나(25)를 연결한다.
마찬가지로, 제2 안테나는 중심을 기준으로 반원 형상을 이루는 제2 내측안테나(22), 제2 중간안테나(24), 제2 외측안테나(26)를 가진다. 제2 내측안테나(22)는 제1 반경(r1)을 가지고, 제2 중간 안테나(24)는 제2 반경(r2)을 가지며, 제2 외측안테나(26)는 반경(r3)을 가진다(r1<r2<r3). 이때, 제2 내측연결안테나(22a)는 제2 내측안테나(22)와 제2 중간안테나(24)를 연결하며, 제2 외측연결안테나(24a)는 제2 중간안테나(24)와 제2 외측안테나(26)를 연결한다.
제1 및 제2 안테나는 별도의 RF전원(도시안함)에 각각 연결되며, RF전원을 통해 제1 및 제2 안테나에 RF전류가 흐르면, 제1 및 제2 안테나는 하부챔버(10) 내에 전계를 형성한다. 이때, 제1 및 제2 안테나는 상호보완을 통해 하부챔버(10) 내에 균일한 전계를 형성할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 중심(O)으로부터 반경방향을 따라, 제1 및 제2 안테나는 교대로 배치된다. 즉, 제1 중간안테나(23)는 제2 내측안테나(22)와 제2 외측안테나(26) 사이에 위치하며, 제2 중간안테나(24)는 제1 내측안테나(21)와 제1 외측안테나(25) 사이에 위치한다. 따라서, 제1 안테나에 의해 형성되는 전계가 제2 안테나에 의해 형성되는 전계 보다 약할 경우, 인접한 제2 안테나에 의해 형성된 전계에 의해 보강될 수 있으며, 제1 안테나에 의해 형성되는 전계가 제2 안테나에 의해 형성되는 전계 보다 강할 경우, 인접한 제2 안테나에 의해 형성된 전계에 의해 상쇄될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 안테나에 의해 각각 형성될 수 있는 전계의 크기에 차이가 있더라도, 전계 간의 보강간섭을 통해 균일한 전계를 형성할 수 있다.
한편, 도 1에 도시한 바와 같이, 조절플레이트(30)가 챔버 덮개(12)와 안테나(20) 사이에 설치된다. 조절플레이트(30)는 챔버 덮개(12)와 고정플레이트(34) 사이에 배치되며, 고정플레이트(34)는 고정링(32)에 고정되어 조절플레이트(30)를 고정한다. 조절플레이트(30)는 유전체 재질로 이루어지며, 조절플레이트(30)의 두께를 통해 안테나(20)에 의해 형성되는 전계를 조절할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시한 조절플레이트의 두께와 기판의 증착률과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 4의 위쪽에 도시한 바와 같이, 증착공정을 마친 후 증착률(D)을 측정하면, 기판의 중심(O)과 기판의 가장자리 부분에서 낮은 값을 나타내며, 기판의 중심(O)과 기판의 가장자리 사이에서 높은 값을 나타낸다. 따라서, 조절플레이트(30)를 이용하여 기판의 증착균일도를 개선한다.
조절플레이트(30)는 안테나(20)에 의해 형성되는 전계에 대한 저항의 역할을 한다. 조절플레이트(30)의 두께가 증가할수록 안테나(20)에 의해 형성되는 전계는 약해지며, 이로 인해 증착률은 저하된다. 이와 같은 점을 이용하여, 조절플레이트(30)의 두께를 조절함으로써 기판의 증착균일도를 개선할 수 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 증착률이 낮은 기판의 중심(O)과 기판의 가장자리 부분의 두께(d0,de)를 기판의 중심(O)과 기판의 가장자리 사이 부분의 두께(dm) 보다 크게 하여 전계의 크기를 조절함으로써, 증착균일도를 개선할 수 있다. 한편, 도 4에 도시한 증착률 및 조절플레이트(30)의 두께는 예를 들어 설명하기 위한 것이므로, 증착률과 조절플레이트(30)의 두께는 이와 다를 수 있다.
다시, 도 1을 살펴보면, 기판처리장치는 샤워헤드(40)를 더 포함하며, 샤워헤드(40)는 하부챔버(10)와 챔버 덮개(12) 사이에 설치된다. 샤워헤드(40)는 반응가스 또는 퍼지가스를 공정영역(13a) 내에 공급할 뿐만 아니라, 공급된 반응가스 또는 퍼지가스를 외부로 배출한다. 이를 위해, 샤워헤드(40)는 유입구(41a) 및 유출구(41b)를 가지며, 유입구(41a)와 유출구(41b)는 일측 및 타측에 각각 형성되어 서로 대칭을 이룬다.
도 5는 도 2에 도시한 샤워헤드의 유입구 부분을 확대한 도면이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 샤워헤드(40)는 복수의 확산유로들(42,44,46)과 확산유로들(42,44,46)을 서로 연결하는 유입연결유로들(42a,44a)을 가진다. 확산유로들(42,44,46)은 대체로 수평한 형태로 서로 나란하게 형성되며, 상하로 적층되어 배치된다. 하부확산유로(42)는 입구(48)를 통해 하부챔버(10)에 형성된 연결라인(40a)에 연결되며, 연결라인(40a)은 공급라인(50)에 연결된다.
원자층 증착(Atomoic Layer Deposition:ALD)에 있어서, 막을 한번에 단층으로 형성하기 위하여 기판을 가열하는 중에 막 전구체 및 환원가스와 같은 2 이상의 공정가스가 번갈아서 순차적으로 도입된다. 제1 단계에서 기판 표면에 막 전구체를 흡수하고, 제2 단계에서 소정의 막을 형성하도록 환원된다. 이와 같이, 챔버 내에서 2개의 공정가스를 번갈아 사용함으로써, 비교적 느린 증착 속도로 증착이 이루어진다. 플라즈마 강화 원자층 증착(PEALD)에 있어서는, 환원가스를 도입하는 중에 플라즈마가 형성되어 환원 플라즈마를 형성한다. 현재까지, ALD와 PEALD 공정은 이들 공정이 CVD 및 PECVD 공정보다 느리다는 단점에도 불구하고 층 두께의 개선된 균일성과 층이 증착되는 요부에 대한 적합성을 제공하는 것으로 확인되었다.
공급라인(50)은 제1 및 제2 반응가스라인(52,54), 퍼지가스라인(56), 그리고 플라즈마라인(58)을 포함하며, 이들은 연결라인(40a)을 통해 샤워헤드(40)에 공급된다. 상부확산유로(46)는 유입구(41a)에 연결되며, 공급라인(50)을 통해 공급된 반응가스 또는 퍼지가스는 확산유로들(42,44,46)을 순차적으로 통과한 후 유입구(41a)를 통해 공정영역(13a)에 공급된다.
제1 반응가스라인(52)은 제1 반응가스를 공급하며, 제1 반응가스는 기판에 형성된 막에서 발견되는 주요 원자 또는 분자 종을 갖는 조성물과 같은 막 전구체를 포함할 수 있다. 예컨대, 막 전구체는 고상, 액상 또는 기상으로서 시작하여, 기상으로 샤워헤드(40)에 공급될 수 있다. 공정진행시 일정한 주기 동안 제1 반응가스가 공정영역(13a)에 공급되며, 제1 반응가스는 단층으로 기판에 흡수된다. 이후, 후술하는 퍼지가스라인(56)을 통해 공정영역(13a)에 퍼지가스가 퍼지된다.
제2 반응가스라인(54)은 제2 반응가스를 공급하며, 제2 반응가스는 환원제를 포함할 수 있다. 예컨대, 환원제는 고상, 액상 또는 기상으로서 시작하여, 기상으로 샤워헤드(40)에 공급될 수 있다. 공정진행시 앞선 퍼지가 완료되면, 일정한 주기 동안 환원가스가 공정영역(13a)에 공급되며, 안테나(20)에 RF전류가 공급된다. 이를 통해, 제2 반응가스라인(54)을 통해 공급된 제2 반응가스의 이온화 및 해리를 초래할 수 있으며, 이는 제1 반응가스에 의한 막 전구체를 환원시키도록 막 전구체와 반응하여 막을 형성할 수 있는 해리된 종(dissociated species)을 형성할 수 있다. 한편, 제1 반응가스와 제2 반응가스는 번갈아 공급될 수 있으며, 번갈아 공급되는 것은 주기적으로 행해질 수도 있고, 제1 및 제2 반응가스의 공급 사이의 시간 주기를 가변적으로 하여 비주기적으로 이루어질 수도 있다.
퍼지가스라인(56)은 제1 반응가스와 제2 반응가스의 공급 사이에 퍼지가스를 샤워헤드(40)에 공급할 수 있다. 퍼지가스는 희가스(noble gas)(즉, 헬륨, 네온, 아르곤, 크세논, 크립톤), 질소(또는 질소 함유 가스), 수소(또는 수소 함유 가스)와 같은 불활성 가스를 포함할 수 있다. 플라즈마라인(58)은 원격플라즈마(remote plasma)를 샤워헤드(40)에 선택적으로 공급할 수 있으며, 원격플라즈마는 챔버의 내부에 공급되어 챔버 내부를 클리닝하는 데 사용된다.
도 6은 도 2에 도시한 샤워헤드의 유출구 부분을 확대한 도면이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 샤워헤드(40)는 복수의 수렴유로들(43,45,47)과 수렴유로들(43,45,47)을 서로 연결하는 유출연결유로들(43a,45a)을 가진다. 수렴유로들(43,45,47)은 대체로 수평한 형태로 서로 나란하게 형성되며, 상하로 적층되어 배치된다. 하부수렴유로(43)는 출구(49)를 통해 하부챔버(10)에 형성된 연결라인(40b)에 연결되며, 연결라인(40b)은 배기라인(19a)에 연결된다. 상부수렴유로(47)는 유출구(41b)에 연결되며, 공정영역(13a) 내에 공급된 반응가스 또는 퍼지가스는 유출구(41b)를 통해 수렴유로들(43,45,47)을 순차적으로 통과한 후, 배기라인(19a)을 통해 배출된다.
도 7a 내지 도 7c는 도 1에 도시한 샤워헤드에 의한 유동을 나타내는 도면이다. 도 5 내지 도 7c를 참고하여 앞서 설명한 확산유로들(42,44,46) 및 수렴유로들(43,45,47)의 형상 및 이들을 통한 유동을 설명하기로 한다.
먼저, 앞서 설명한 바와 같이, 원자층 증착(Atomoic Layer Deposition:ALD)은 제1 반응가스를 공급하여 기판 위에 제1 반응가스를 흡착시키고, 퍼지가스를 공급하여 제1 반응가스나 부산물을 제거한 후, 제2 반응가스를 공급하여 제2 반응가스가 제1 반응가스와 반응하여 원자층을 증착하며, 다시 퍼지가스를 공급하여 제2 반응가스나 부산물을 제거한다. 즉, 2개의 공정가스가 순차적으로 공급되고 제거되어야 한다.
일반적인 화학기상증착(CVD)은 반응가스들을 동시에 공급하여 박막을 형성하도록 설계되어 있으므로, 반응가스를 불연속적으로 공급하여 박막을 형성하거나, 순차적으로 공급되는 반응가스들을 챔버 내에서 기상 반응을 일으키지 않도록 퍼지를 통해 제거해 가며 반응시키는 방법에는 부적합하였다. 또한, 화학기상증착을 이용하는 장치에서는 일반적으로 샤워헤드(showerhead)를 이용하여 반응가스를 위에서 아래 방향으로 기판 위에 균일하게 공급한다. 그러나, 이러한 구조는 공정 기체의 흐름을 복잡하게 하고, 큰 반응체적을 요구하므로, 반응 가스의 공급을 빠르게 전환하기 곤란하다.
도 7a는 도 2의 A-A를 따라 구성한 단면도이다. 도 7a에 도시한 바와 같이, 샤워헤드(40)는 중앙 부분이 비어있는 링 형상이며, 중앙 부분은 기판(S)의 위치와 대응되도록 형성된다. 앞서 설명한 안테나(20)는 샤워헤드(40)의 중앙 부분을 통해 기판(S)의 상부에 전계를 형성할 수 있다. 하부확산유로(42) 및 입구(48)와 하부수렴유로(43) 및 출구(49)는 반대편에 위치하며, 이들 사이에 기판(S)이 놓여진다. 입구(48)는 공급라인(50)에 연결되며, 공급라인(50)을 통해 반응가스 또는 퍼지가스가 유입된다. 출구(49)는 배기라인(19a)에 연결되며, 배기라인(50)을 통해 반응가스 또는 퍼지가스가 배출된다. 따라서, 도 7a에 도시한 바와 같이, 입구(48)로부터 출구(49)를 향하는 유동이 기판(S)의 상부에 형성되며, 후술하는 바와 같이, 유동은 확산유로들(42,44,46) 및 수렴유로들(43,45,47)의 형상에 의해 균일하게 형성된다.
도 7a에 도시한 바와 같이, 하부확산유로(42)는 입구(48)와 연통하며, 공급라인(50)으로부터 공급된 가스는 입구(48)를 통해 유입된 후, 하부확산유로(42)를 통해 화살표 방향으로 확산된다. 이때, 하부확산유로(42)는 가스의 유동방향(또는 화살표방향)을 따라 단면적이 점진적으로(또는 연속적으로) 증가하며, 이로 인해 가스는 유동방향을 따라 확산될 수 있다. 또한, 도 7a에 도시한 바와 같이, 하부수렴유로(43)는 출구(49)와 연통하며, 유출구(41b)를 통해 유입된 가스는 하부수렴유로(43)를 통해 화살표 방향으로 수렴되어 출구(49)를 향한다. 이때, 하부수렴유로(43)는 가스의 유동방향(또는 화살표방향)을 따라 단면적이 점진적으로(또는 연속적으로) 감소하며, 이로 인해 가스는 유동방향을 따라 수렴될 수 있다.
도 7b는 도 2의 B-B를 따라 구성한 단면도이다. 도 7b에 도시한 바와 같이, 중간확산유로(44)는 유입연결유로(42a)를 통해 하부확산유로(42)와 연통하며, 하부확산유로(42)를 통해 유입된 가스는 중간확산유로(44)를 통해 화살표 방향으로 확산된다. 이때, 중간확산유로(44)는 가스의 유동방향(또는 화살표방향)을 따라 단면적이 점진적으로(또는 연속적으로) 증가하며, 이로 인해 가스는 유동방향을 따라 확산될 수 있다. 또한, 도 7b에 도시한 바와 같이, 중간수렴유로(45)는 유출연결유로(43a)를 통해 하부수렴유로(43)와 연통하며, 유출구(41b)를 통해 유입된 가스는 중간수렴유로(45)를 통해 화살표 방향으로 수렴되어 유출연결유로(43a)를 향한다. 이때, 중간수렴유로(45)는 가스의 유동방향(또는 화살표방향)을 따라 단면적이 점진적으로(또는 연속적으로) 감소하며, 이로 인해 가스는 유동방향을 따라 수렴될 수 있다.
도 7c는 도 2의 C-C를 따라 구성한 단면도이다. 도 7c에 도시한 바와 같이, 상부확산유로(46)는 유입연결유로(44a)를 통해 중간확산유로(44)와 연통하며, 중간확산유로(44)를 통해 유입된 가스는 상부확산유로(46)를 통해 화살표 방향으로 확산된다. 이때, 상부확산유로(46)는 가스의 유동방향(또는 화살표방향)을 따라 단면적이 점진적으로(또는 연속적으로) 증가하며, 이로 인해 가스는 유동방향을 따라 확산될 수 있다. 확산된 가스는 유입구(41a)를 통해 기판(S)의 상부에 공급되며, 유출구(41b)를 향하는 서로 나란한 평행유동을 형성한다. 또한, 도 7c에 도시한 바와 같이, 상부수렴유로(47)는 유출연결유로(45a)를 통해 중간수렴유로(45)와 연통하며, 유출구(41b)를 통해 유입된 가스는 상부수렴유로(47)를 통해 화살표 방향으로 수렴되어 유출연결유로(45a)를 향한다. 이때, 상부수렴유로(47)는 가스의 유동방향(또는 화살표방향)을 따라 단면적이 점진적으로(또는 연속적으로) 감소하며, 이로 인해 가스는 유동방향을 따라 수렴될 수 있다.
도 5 및 도 7a 내지 도 7c를 다시 살펴보면, 공급라인(50)으로부터 공급된 가스는 입구(48)를 통해 샤워헤드(40)에 유입되며, 가스가 하부확산유로(42) 및 중간확산유로(44), 그리고 상부확산유로(46)를 통과함에 따라 유동방향이 우→좌→우로 바뀜과 동시에 유로의 단면적이 증가함에 따라 확산될 수 있다. 즉, 가스는 확산유로들(42,44,46)을 통과하면서 충분히 확산될 수 있으며, 이로 인해, 유입구(41a)를 통해 공정영역(13a)에 공급되는 가스는 기판(S)에 대응되는 유동폭을 가질 수 있다.
또한, 도 6 및 도 7a 내지 도 7c를 다시 살펴보면, 유출구(41b) 및 상부수렴유로(47)는 기판(S)에 대응되는 유동폭을 가지며, 출구(49)를 통해 제공되는 배기압력은 수렴유로들(43,45,47)을 통해 유출구(41b)의 전면에 대하여 고르게 제공된다. 따라서, 기판(S)은 상부확산유로(46)와 상부수렴유로(47) 사이에 위치하며, 유입구(41a)를 통해 유입된 가스는 기판(S)의 상부에 유출구(41b)를 향하는 균일한 평행유동을 형성한다. 이후, 가스는 상부수렴유로(47) 및 중간수렴유로(45), 그리고 하부수렴유로(43)를 통과함에 따라 유동방향이 우→좌→우로 바뀜과 동시에, 유로의 단면적이 감소함에 따라 서서히 수렴되며, 출구(49)를 통해 배기라인(19a)을 따라 배출된다.
상술한 바에 의하면, 공정영역(13a) 내에 가스의 균일한 유동이 형성되므로, 가스를 빠르게 공급 및 배출할 수 있으며, 특히, 2 이상의 반응가스 및 퍼지가스를 빠르게 전환하여 공급할 수 있다. 또한, 공정영역(13a)의 부피를 최소화할 경우, 가스의 전환을 최대한 신속하게 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 사이클릭 박막 증착 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 8을 참조하면, 반도체 제조 장치의 챔버 내부에 기판을 로딩한다(S100). 상기 챔버 내부에 로딩된 기판에 실리콘 박막이 형성되며(S200), 실리콘 박막을 형성하기 위하여 실리콘을 증착하는 단계(S210) 및 제1 퍼지 단계(S220)가 함께 수행된다.
실리콘을 증착하기 위하여 상기 챔버 내부에 실리콘 전구체를 주입하여, 상기 기판 상에 실리콘이 증착되도록 할 수 있다(S210). 상기 기판 상에 실리콘을 증착한 후, 미반응 실리콘 전구체 및 반응 부산물을 제거하는 제1 퍼지 단계를 수행한다(S220). 이후, 실리콘을 증착하는 단계(S210) 및 제1 퍼지 단계(S220)를 반복하여(S230), 상기 기판 상에 실리콘 박막을 형성한다.
실리콘을 증착하는 단계(S210) 및 제1 퍼지 단계(S220)는 예를 들면, 3 내지 10회 반복하여 수행될 수 있다. 각 실리콘을 증착하는 단계(S210)에서는 1개 내지 수개의 실리콘 원자층이 상기 기판 상에 형성될 수 있다. 따라서 실리콘을 증착하는 단계(S210) 및 제1 퍼지 단계(S220)를 반복적으로 수행하면(S230), 비정질의 실리콘 또는 다결정성을 가지는 폴리실리콘으로 이루어지는 실리콘 박막이 상기 기판 상에 형성될 수 있다. 비정질의 실리콘 또는 다결정성을 가지는 실리콘 박막은 수 내지 수십Å의 두께를 가질 수 있다.
이후, 상기 기판 상에 형성된 실리콘 박막을 실리콘이 포함되는 절연막으로 형성한다(S300) 실리콘이 포함되는 절연막은 예를 들면, 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막일 수 있다.
실리콘 박막을 실리콘이 포함되는 절연막으로 형성하기 위하여, 상기 챔버 내부에 플라즈마 분위기를 형성하여 반응 가스를 주입할 수 있다. 반응 가스는 예를 들면 O2, O3, N2 및 NH3를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스일 수 있다.
실리콘이 포함되는 절연막이 실리콘 산화막일 경우, 상기 반응 가스는 O2 또는 O3와 같은 산소 원자를 포함하는 가스일 수 있다. 실리콘이 포함되는 절연막이 실리콘 질화막일 경우, 상기 반응 가스는 N2 또는 NH3와 같은 질소 원자를 포함하는 가스일 수 있다.
또는 실리콘 박막을 실리콘이 포함되는 절연막, 예를 들면 실리콘 산화막으로 형성하기 위하여, 상기 챔버 내부에 O2, 또는 O3를 점화 가스로 이용하여 플라즈마 분위기를 형성할 수 있다.
또는 실리콘 박막을 실리콘이 포함되는 절연막, 예를 들면 실리콘 질화막으로 형성하기 위하여, 상기 챔버 내부에 N2 또는 NH3를 점화 가스로 이용하여 플라즈마 분위기를 형성할 수 있다.
이후, 챔버의 내부에서 반응 부산물과 반응 가스 또는 점화 가스를 제거하는 제2 퍼지 단계를 수행할 수 있다(S400).
원하는 두께의 실리콘이 포함되는 절연막을 얻기 위하여, 필요에 따라 실리콘 박막을 형성하는 단계(S200), 실리콘이 포함되는 절연막으로 형성하는 단계(S300) 및 제2 퍼지 단계(S400)는 반복하여 수행될 수 있다(S500).
원하는 두께의 실리콘이 포함되는 절연막이 형성된 경우, 기판은 챔버로부터 언로딩될 수 있다(S900)
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 사이클릭 박막 증착 방법을 나타내는 다이어그램이다. 도 9를 참조하면, 실리콘(Si) 전구체의 주입과 퍼지(purge)가 반복적으로 수행된다. 실리콘 전구체의 주입과 퍼지가 각각 수차례 반복적으로 수행된 후, 플라즈마 분위기가 형성된다. 플라즈마 분위기가 형성된 상태에서는 필요에 따라서 반응 가스가 주입될 수 있다.
이와 같이, 실리콘 전구체의 주입 및 퍼지가 반복 수행된 후 플라즈마 분위기가 형성되는 단계까지가 1 사이클로 동작한다. 즉, 실리콘 전구체의 주입 및 퍼지가 반복 수행되어 실리콘 박막을 형성한 후, 플라즈마 분위기를 형성하여 실리콘이 포함되는 절연막을 형성하는 과정이 1 사이클로 동작한다.
따라서 사이클릭 박막 증착 방법은 실리콘 전구체의 주입과 퍼지가 반복적으로 수행될 수 있음은 물론, 실리콘 박막의 형성과 절연막의 형성 또한 반복적으로 수행될 수 있다.
도 10a 내지 도 13은 전술한 내용을 토대로, 본 발명의 실시 예에 따른 사이클릭 박막 증착 방법을 단계별로 자세히 설명한다. 도 10a 내지 도 13에 관한 설명에서, 필요한 경우 도 8 및 도 9에 대한 참조 부호가 함께 사용될 수 있다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 실시 예에 따른 실리콘을 증착하는 단계를 나타내는 단면도이다. 도 10a는 본 발명의 실시 예에 따른 실리콘 전구체를 주입하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 10a를 참조하면, 기판(100)이 로딩된 챔버 내로 실리콘 전구체(50)가 주입된다. 기판(100)은 예를 들면, 실리콘 또는 화합물 반도체 웨이퍼와 같은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 또는 기판(100)은 글라스, 금속, 세라믹, 석영과 같은 반도체와 다른 기판 물질 등이 포함될 수 있다.
실리콘 전구체(50)는 예를 들면, BEMAS (bisethylmethylaminosilane), BDMAS (bisdimethylaminosilane), BEDAS, TEMAS (tetrakisethylmethylaminosilane), TDMAS (tetrakisidimethylaminosilane), TEDAS와 같은 아미노계 실란, 또는 HCD(hexachlorinedisilan)와 같은 염화계 실란일 수 있으며, 실리콘과 수소를 포함하는 실란 계열의 전구체 일 수도 있다.
기판(100)이 실리콘 전구체(50)와 반응할 수 있도록, 기판(100)은 50 내지 600℃의 온도를 유지할 수 있다. 또한 기판(100)이 로딩된 챔버 내부의 압력은 0.05 내지 10 Torr를 유지할 수 있다.
도 10b는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 상에 실리콘을 증착한 모습을 나타내는 단면도이다. 도 10b를 참조하면, 실리콘 전구체(50) 중 기판(100)과 반응한 것들에 의하여, 기판(100) 상에는 실리콘 원자가 증착되어 실리콘층(112)이 형성될 수 있다. 실리콘층(112)은 1개 내지 수개의 실리콘 원자층으로 이루어질 수 있다.
실리콘 전구체(50)는 기판(100)과 반응한 후 반응 부산물(52)을 형성할 수 있다. 또한 실리콘 전구체(50) 중 일부는 기판(100)과 반응하지 않고, 미반응 상태로 남아있을 수 있다.
도 10c는 본 발명의 실시 예에 따른 제1 퍼지 단계를 수행한 모습을 나타내는 단면도이다. 도 10c를 참조하면, 기판(100) 상에 실리콘층(112)을 형성한 후, 잔류한 미반응 상태의 실리콘 전구체(50) 및 반응 부산물(52)을 챔버(11) 내부에서 제거하는 퍼지(purge)를 수행할 수 있다. 미반응 실리콘 전구체(50) 및 반응 부산물(52)을 챔버(11) 내부에서 제거하는 퍼지(purge) 단계를 제1 퍼지 단계라 호칭할 수 있다.
상기 제1 퍼지 단계 동안, 기판(100)은 50 내지 600℃의 온도를 유지할 수 있다. 또한 기판(100)이 로딩된 챔버(11) 내부의 압력은 0.05 내지 10 Torr를 유지할 수 있다. 즉, 실리콘층(112)을 증착하는 단계와 상기 제1 퍼지 단계 동안에 기판(100)의 온도 및 챔버(11) 내부의 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 실리콘 박막을 증착한 모습을 나타내는 단면도이다. 도 11을 참조하면, 도 10a 내지 도 10c에서 보인 단계를 반복하여, 복수의 실리콘층(112, 114, 116)을 기판(100) 상에 증착하여, 비정질의 실리콘 또는 다결정성을 가지는 폴리실리콘으로 이루어지는 실리콘 박막(110)을 형성한다.
실리콘 박막(110)은 수 내지 수십Å의 두께를 가질 수 있다. 실리콘 박막(110)은 3 내지 10개의 실리콘층(112, 114, 116)을 포함하도록, 실리콘층(112)을 증착하는 단계와 상기 제1 퍼지 단계는 3 내지 10회 반복하여 수행될 수 있다.
이와 같이 실리콘 박막(110)을 복수의 실리콘층(112)으로 형성하면, 실리콘 박막(110)은 우수한 막질과 스텝 커버리지(step coverage)를 가질 수 있다.
도 12a는 본 발명의 실시 예에 따른 실리콘 박막을 실리콘이 포함되는 절연막으로 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다. 도 12a를 참조하면, 실리콘 박막(110)이 형성된 기판(100) 상에 플라즈마를 가한다. 즉, 기판(100)이 로딩된 챔버 내부를 플라즈마 분위기로 형성한다. 플라즈마 분위기를 형성하기 위하여, ICP(Inductively Coupled Plasma), CCP(Capacitively Coupled Plasma) 또는 MW(Microwave) Plasma 방식이 사용될 수 있다. 이때 플라즈마 분위기를 형성하기 위하여, 100W 내지 3kW의 전력이 인가될 수 있다.
플라즈마 분위기를 형성하기 위하여, 예를 들면, Ar, He, Kr 및 Xe를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 점화 가스(ignition gas)와 예를 들면, O2, O3, N2 및 NH3를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 반응 가스(60)가 주입될 수 있다. 이때, 점화 가스는 100 내지 3000sccm의 유량으로 주입될 수 있다.
또는, 플라즈마 분위기를 형성하기 위하여, 예를 들면 O2, O3, N2 및 NH3를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 반응 가스(60)가 주입될 수 있다. 이때는 반응 가스(60)가 점화 가스의 역할을 하여 별도의 점화 가스를 주입하지 않을 수 있다.
반응 가스(60)로 예를 들면, O2, O3와 같은 산소 원자를 포함하는 가스를 사용할 경우, 실리콘 박막(110)은 반응 가스(60)에 포함된 산소 원자와 반응하여 실리콘산화막으로 형성될 수 있다. 또는 반응 가스(60)로 예를 들면, N2 및 NH3와 같은 질소 원자를 포함하는 가스를 사용할 경우, 실리콘 박막(110)은 반응 가스(60)에 포함된 질소 원자와 반응하여 실리콘질화막으로 형성될 수 있다.
플라즈마 분위기에서 실리콘 박막(110)을 실리콘산화막 또는 실리콘질화막과 같은 후술할 실리콘이 포함되는 절연막으로 변화하여 형성하기 위하여, 기판(100)이 로딩된 챔버(11)의 압력을 0.05 내지 10 Torr로 유지할 수 있다.
도 12b는 본 발명의 실시 예에 따른 실리콘이 포함된 제2 퍼지 단계를 수행한 모습을 나타내는 단면도이다. 도 12a 및 도 12b를 함께 참조하면, 잔류한 반응 가스(60) 또는 반응 부산물을 제거하는 제2 퍼지 단계를 수행하여, 실리콘이 포함되는 절연막(120a)를 형성한다. 실리콘이 포함되는 절연막(120a)은 예를 들면, 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막일 수 있다.
실리콘산화막 또는 실리콘질화막과 같은 상기 실리콘이 포함되는 절연막(120a)을 플라즈마 분위기에서 형성하면, 우수한 막질을 얻을 수 있다. 특히, 실리콘이 포함되는 절연막(120a)이 얇은 두께를 가지도록 형성하여도, 우수한 막질을 가질 수 있다.
또한 전술한 바와 같이, 실리콘 박막(110)이 우수한 막질과 스텝 커버리지를 가질 수 있기 때문에, 실리콘이 포함되는 절연막(120a) 또한 우수한 막질과 스텝 커버리지를 가질 수 있다. 특히, 실리콘이 포함되는 절연막(120a)은 플라즈마 분위기에서 형성되므로, 더욱 좋은 막질을 가질 수 있다.
잔류한 미반응 상태의 반응 가스(60) 또는 반응 부산물을 챔버(11) 내부에서 제거하는 퍼지 단계를 제2 퍼지 단계라 호칭할 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 실리콘이 포함된 절연막을 형성한 모습을 나타내는 단면도이다. 도 13을 참조하면, 도 10a 내지 도 12b에서 설명한 단계들을 반복하여, 복수의 실리콘이 포함되는 절연막(120a, 120b)이 포함되는 절연막(120)을 형성할 수 있다.
도 12a에서 보인 실리콘 박막(110)을 실리콘이 포함되는 절연막(120a)으로 형성하는 경우, 실리콘 박막(110)은 노출된 표면부터 절연막으로 변화하게 된다. 따라서, 실리콘 박막(110)이 두꺼울 경우 실리콘 박막(110)과 반응하기 위한 산소 또는 질소는 실리콘 박막(110) 표면에 형성된 절연막을 뚫고 확산해야한다. 따라서 절연막의 형성 속도는 실리콘 박막(110)이 두꺼울수록 더 느려지게 된다.
형성하고자 하는 절연막(120)이 상대적으로 두꺼운 경우, 상대적으로 얇은 실리콘 박막을 형성한 후 실리콘이 포함되는 절연막으로 형성하는 과정을 반복하면, 상대적으로 두꺼운 실리콘 박막을 한번에 절연막으로 형성하는 것보다 공정 시간이 단축될 수 있다.
따라서 공정 시간과 실리콘이 포함되는 절연막의 원하는 두께를 고려하여, 도 10a 내지 도 12b에서 설명한 단계들을 반복할 회수를 결정할 수 있다.
또한 절연막(120)은 2개의 실리콘이 포함되는 절연막(120a, 120b)이 포함되는 것으로 도시되었으나, 3개 또는 그 이상의 실리콘이 포함되는 절연막을 포함하는 것도 가능하다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 사이클릭 박막 증착 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 14를 참조하면, 반도체 제조 장치의 챔버 내부에 기판을 로딩한다(S100). 상기 챔버 내부에 로딩된 기판에 절연막이 증착되며(S200), 절연막을 증착하기 위하여 실리콘을 증착하는 단계(S210), 제1 퍼지 단계(S220), 반응 단계(S230) 및 제2 퍼지 단계(S240)가 함께 수행된다.
실리콘을 증착하기 이하여 상기 챔버 내부에 실리콘 전구체를 주입하여, 상기 기판 상에 실리콘이 증착되도록 할 수 있다(S210). 상기 기판 상에 실리콘을 증착한 후, 미반응 실리콘 전구체 및 반응 부산물을 제거하는 제1 퍼지 단계를 수행한다(S220).
이후, 상기 기판 상에 형성된 실리콘을 반응 가스와 반응시켜, 실리콘이 포함되는 절연막으로 형성하는 반응 단계를 수행한다(S230). 실리콘이 포함되는 절연막은 예를 들면, 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막일 수 있다.
실리콘을 실리콘이 포함되는 절연막으로 형성하기 위하여, 상기 챔버 내부에 제1 반응 가스를 주입할 수 있다. 제1 반응 가스는 예를 들면 O2, O3, N2 및 NH3를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스일 수 있다.
실리콘이 포함되는 절연막이 실리콘 산화막일 경우, 상기 제1 반응 가스는 O2 또는 O3와 같은 산소 원자를 포함하는 가스, 또는 O2 분위기에서 플라즈마를 이용하여 형성된 O2-(산소 음이온) 또는 O*(산소 라디칼)일 수 있다. 실리콘이 포함되는 절연막이 실리콘 질화막일 경우, 상기 제1 반응 가스는 N2 또는 NH3와 같은 질소 원자를 포함하는 가스일 수 있다.
이후, 챔버의 내부에서 반응 부산물과 반응 가스 또는 점화 가스를 제거하는 제2 퍼지 단계를 수행할 수 있다(S240).
실리콘을 증착하는 단계(S210), 제1 퍼지 단계(S220), 반응 단계(S230) 및 제2 퍼지 단계(S240)는 반복하여 수행될 수 있다(S250). 실리콘을 증착하는 단계(S210), 제1 퍼지 단계(S220), 반응 단계(S230) 및 제2 퍼지 단계(S240)는 예를 들면, 3 내지 10회 반복하여 수행될 수 있다.
실리콘을 증착하는 단계(S210), 제1 퍼지 단계(S220), 반응 단계(S230) 및 제2 퍼지 단계(S240)을 포함하는 절연막 증착 단계(S200) 동안에 기판의 온도 및 챔버 내부의 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
각 실리콘을 증착하는 단계(S210)에서는 적어도 1개의 실리콘 원자층이 상기 기판 상에 형성될 수 있다. 실리콘이 포함되는 절연막은 수 내지 수십Å의 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 실리콘이 포함되는 절연막이 형성 후, 치밀화 단계를 수행한다(S300)
실리콘이 포함되는 절연막을 치밀화하기 위하여, 상기 챔버 내부에 플라즈마 분위기를 형성할 수 있다. 또한 플라즈마 분위기와 함께 추가로 제2 반응 가스를 주입할 수 있다. 제2 반응 가스는 예를 들면 H2, O2, O3, N2 및 NH3를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스일 수 있다.
원하는 두께의 실리콘이 포함되는 절연막을 얻기 위하여, 필요에 따라 절연막 측장 단계(S200) 및 치밀화 단계(S300)는 반복하여 수행될 수 있다(S400).
원하는 두께의 실리콘이 포함되는 절연막이 형성된 경우, 기판은 챔버로부터 언로딩될 수 있다(S900).
도 15는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 사이클릭 박막 증착 방법을 나타내는 다이어그램이다.
도 15를 참조하면, 실리콘(Si) 전구체의 주입 및 퍼지(purge)와 제1 반응 가스의 주입 및 퍼지가 반복적으로 수행된다. 실리콘(Si) 전구체의 주입 후 퍼지(purge)와 제1 반응 가스의 주입 후 퍼지가 반복적으로 수행된 후, 플라즈마 분위기가 형성된다. 플라즈마 분위기가 형성된 상태에서는 필요에 따라서 제2 반응 가스가 주입될 수 있다.
이와 같이, 실리콘 전구체의 주입 및 퍼지와 제1 반응 가스의 주입 및 퍼지가 반복 수행된 후 플라즈마 분위기가 형성되는 단계까지가 1 사이클로 동작한다. 즉, 실리콘 전구체의 주입 및 퍼지와 반응 가스의 주입 및 퍼지가 반복 수행되어 실리콘이 포함되는 절연막을 형성한 후, 플라즈마 분위기를 형성하여 실리콘이 포함되는 절연막을 치밀화한다.
또한 전술한 과정을 모두 반복하여, 원하는 두께의 실리콘이 포함되는 절연막을 얻을 수 있다.
따라서 사이클릭 박막 증착 방법은 실리콘 전구체의 주입 및 퍼지와 제1 반응 가스의 주입 및 퍼지가 반복적으로 수행될 수 있음은 물론, 실리콘이 포함되는 절연막의 형성과 치밀화 또는 반복적으로 수행될 수 있다.
도 16a 내지 도 20은 전술한 내용을 토대로, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 사이클릭 박막 증착 방법을 단계별로 자세히 설명한다. 도 16a 내지 도 20에 관한 설명에서, 필요한 경우 도 14 및 도 15에 대한 참조 부호가 함께 사용될 수 있다.
도 16a 내지 도 16c는 본 발명의 실시 예에 따른 실리콘을 증착하는 단계를 나타내는 단면도이다. 도 16a는 본 발명의 실시 예에 따른 실리콘 전구체를 주입하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 16a를 참조하면, 기판(100)이 로딩된 챔버 내로 실리콘 전구체(50)가 주입된다.
기판(100)은 예를 들면, 실리콘 또는 화합물 반도체 웨이퍼와 같은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 또는 기판(100)은 글라스, 금속, 세라믹, 석영과 같은 반도체와 다른 기판 물질 등이 포함될 수 있다.
실리콘 전구체(50)는 예를 들면, BEMAS (bisethylmethylaminosilane), BDMAS (bisdimethylaminosilane), BEDAS, TEMAS (tetrakisethylmethylaminosilane), TDMAS (tetrakisidimethylaminosilane), TEDAS와 같은 아미노계 실란, 또는 HCD(hexachlorinedisilan)와 같은 염화계 실란일 수 있다.
기판(100)이 실리콘 전구체(50)와 반응할 수 있도록, 기판(100)은 50 내지 600℃의 온도를 유지할 수 있다. 또한 기판(100)이 로딩된 챔버 내부의 압력은 0.05 내지 10 Torr를 유지할 수 있다.
도 16b는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 상에 실리콘을 증착한 모습을 나타내는 단면도이다. 도 16b를 참조하면, 실리콘 전구체(50) 중 기판(100)과 반응한 것들에 의하여, 기판(100) 상에는 실리콘 원자가 증착되어 실리콘층(112)이 형성될 수 있다. 실리콘층(112)은 적어도 1개의 실리콘 원자층으로 이루어질 수 있다.
실리콘 전구체(50)는 기판(100)과 반응한 후 반응 부산물(52)을 형성할 수 있다. 또한 실리콘 전구체(50) 중 일부는 기판(100)과 반응하지 않고, 미반응 상태로 남아있을 수 있다.
도 16c는 본 발명의 실시 예에 따른 제1 퍼지 단계를 수행한 모습을 나타내는 단면도이다. 도 16c를 참조하면, 기판(100) 상에 실리콘층(112)을 형성한 후, 잔류한 미반응 상태의 실리콘 전구체(50) 및 반응 부산물(52)을 챔버 내부에서 제거하는 퍼지(purge)를 수행할 수 있다. 미반응 실리콘 전구체(50) 및 반응 부산물(52)을 챔버 내부에서 제거하는 퍼지(purge) 단계를 제1 퍼지 단계라 호칭할 수 있다.
상기 제1 퍼지 단계 동안, 기판(100)은 50 내지 600℃의 온도를 유지할 수 있다. 또한 기판(100)이 로딩된 챔버 내부의 압력은 0.05 내지 10 Torr를 유지할 수 있다. 즉, 실리콘층(112)을 증착하는 단계와 상기 제1 퍼지 단계 동안에 기판(100)의 온도 및 챔버 내부의 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
도 17a 내지 도 17c는 본 발명의 실시 예에 따른 실리콘이 포함되는 절연막을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다. 도 17a는 본 발명의 실시 예에 따른 반응 가스를 주입하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 17a를 참조하면, 기판(100)이 로딩된 챔버 내로 제1 반응 가스(60)가 주입된다. 제1 반응 가스(60)는 예를 들면, O2, O3, N2 및 NH3를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스일 수 있다. 또는 제1 반응 가스(60)는 예를 들면, O2 분위기에서 플라즈마를 이용하여 형성된 O2-(산소 음이온) 또는 O*(산소 라디칼)일 수 있다.
기판(100)이 제1 반응 가스(60)와 반응할 수 있도록, 기판(100)은 50 내지 600℃의 온도를 유지할 수 있다. 또한 기판(100)이 로딩된 챔버 내부의 압력은 0.05 내지 10 Torr를 유지할 수 있다.
도 17b는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 상에 실리콘이 포함되는 절연막을 증착한 모습을 나타내는 단면도이다. 도 17b를 참조하면, 제1 반응 가스(60) 중 실리콘층(112)과 반응한 것들에 의하여, 기판(100) 상에는 실리콘이 포함되는 절연막(122a)이 형성될 수 있다.
제1 반응 가스(60)는 실리콘층(112)과 반응한 후 반응 부산물(62)을 형성할 수 있다. 또한 제1 반응 가스(60) 중 일부는 실리콘층(112)과 반응하지 않고, 미반응 상태로 남아있을 수 있다.
제1 반응 가스(60)로 예를 들면, O2, O3와 같은 산소 원자를 포함하는 가스 또는 O2 분위기에서 플라즈마를 이용하여 형성된 O2-(산소 음이온) 또는 O*(산소 라디칼)을 사용할 경우, 실리콘층(112)은 제1 반응 가스(60)에 포함된 산소 원자와 반응하여 실리콘산화막으로 형성될 수 있다. 또는 제1 반응 가스(60)로 예를 들면, N2 및 NH3와 같은 질소 원자를 포함하는 가스를 사용할 경우, 실리콘층(112)은 제1 반응 가스(60)에 포함된 질소 원자와 반응하여 실리콘질화막으로 형성될 수 있다.
도 17c는 본 발명의 실시 예에 따른 제2 퍼지 단계를 수행한 모습을 나타내는 단면도이다. 도 17c를 참조하면, 기판(100) 상에 실리콘이 포함되는 절연막(122a)을 형성한 후, 잔류한 미반응 상태의 제1 반응 가스(60) 및 반응 부산물(62)을 챔버 내부에서 제거하는 퍼지(purge)를 수행할 수 있다. 미반응 상태의 제1 반응 가스(60) 및 반응 부산물(62)을 챔버 내부에서 제거하는 퍼지(purge) 단계를 제2 퍼지 단계라 호칭할 수 있다.
상기 제2 퍼지 단계 동안, 기판(100)은 50 내지 600℃의 온도를 유지할 수 있다. 또한 기판(100)이 로딩된 챔버 내부의 압력은 0.05 내지 10 Torr를 유지할 수 있다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 복수의 실리콘이 포함되는 절연막을 형성한 모습을 나타내는 단면도이다. 도 18을 참조하면, 도 16a 내지 도 16c에서 보인 단계를 반복하여, 복수의 실리콘이 포함되는 절연막(122a, 122b, 122c)이 이루는 절연막층(122)을 형성한다.
절연막층(122)은 수 내지 수십Å의 두께를 가질 수 있다. 절연막층(122)은 3 내지 10개의 실리콘이 포함되는 절연막(122a, 122b, 122c)을 포함하도록, 각 실리콘이 포함되는 절연막(122a, 122b 또는 122c)을 증착하는 과정은 3 내지 10회 반복하여 수행될 수 있다.
이와 같이 절연막층(122)을 복수의 실리콘이 포함되는 절연막들(122a, 122b, 122c)로 형성하면, 절연막층(122)은 우수한 막질과 스텝 커버리지(step coverage)를 가질 수 있다.
도 19a 및 도 19b는 본 발명의 실시 예에 따른 절연막을 치밀화하는 단계를 나타내는 단면도들이다. 도 19a는 본 발명의 실시 예에 따른 절연막층에 플라즈마 분위기를 공급하는 모습을 나타내는 단면도이다.
도 19a를 참조하면, 절연막층(122)이 형성된 기판(100) 상에 플라즈마를 가한다. 즉, 기판(100)이 로딩된 챔버 내부를 플라즈마 분위기로 형성한다. 플라즈마 분위기를 형성하기 위하여, ICP(Inductively Coupled Plasma), CCP(Capacitively Coupled Plasma) 또는 MW(Microwave) Plasma 방식이 사용될 수 있다. 이때 플라즈마 분위기를 형성하기 위하여, 100W 내지 3kW의 전력이 인가될 수 있다.
플라즈마 분위기를 형성하기 위하여, 예를 들면, Ar, He, Kr 및 Xe를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 점화 가스(ignition gas)가 주입될 수 있다. 이때, 점화 가스는 100 내지 3000sccm의 유량으로 주입될 수 있다.
플라즈마 분위기에서 절연막층(122)을 더욱 치밀하게 하기 위하여, 제2 반응 가스(64)가 추가로 주입될 수 있다. 제2 반응 가스(64)는 예를 들면, H2, O2, O3, N2 및 NH3를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스 또는 O2 분위기에서 플라즈마를 이용하여 형성된 O2-(산소 음이온) 또는 O*(산소 라디칼)일 수 있다.
절연막층(122)이 실리콘산화막일 경우, 제2 반응 가스(64)로 예를 들면, O2, O3와 같은 산소 원자를 포함하는 가스, O2 분위기에서 플라즈마를 이용하여 형성된 O2+(산소 양이온) 또는 O*(산소 라디칼), 또는 H2를 사용할 수 있다.
절연막층(122)이 실리콘질화막일 경우, 제2 반응 가스(64)로 예를 들면, N2 및 NH3와 같은 질소 원자를 포함하는 가스 또는 H2를 사용할 수 있다.
도 19b는 본 발명의 실시 예에 따른 치밀화된 절연막층(122D)을 형성한 모습을 나타내는 단면도이다. 도 19a 및 도 19b를 함께 참조하면, 플라즈마 분위기에서 절연막층(122)은 치밀화(densification)가 이루어져 치밀화된 절연막층(122D)이 형성될 수 있다. 치밀화된 절연막층(122D)을 형성하기 위하여, 기판(100)이 로딩된 챔버의 압력을 0.05 내지 10 Torr로 유지할 수 있다.
또한 절연막층(122)을 플라즈마 분위기에서 처리하여 얻어진 치밀화된 절연막층(122D)은 절연 특성 등이 막질이 우수할 수 있다. 특히, 치밀화된 절연막층(112D)이 얇은 두께를 가지도록 형성하여도, 우수한 막질을 가질 수 있다.
도 20은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 실리콘이 포함된 절연막을 형성한 모습을 나타내는 단면도이다. 도 20을 참조하면, 도 16a 내지 도 19b에서 설명한 단계들을 반복하여, 복수의 치밀화된 절연막층(122D, 124D)이 포함되는 절연막(120)을 형성할 수 있다.
도 19a에서 보인 절연막층(122)이 상대적으로 두꺼울 경우, 절연막층(122)의 하부에는 플라즈마 또는 제2 반응 가스(64)에 의한 영향은 상대적으로 적게 미칠 수 있다. 따라서, 절연막(120)의 막질을 더욱 향상시키기 위하여, 상대적으로 얇은 복수의 치밀화된 절연막층(122D, 124D)이 포함되는 절연막(120)을 형성할 수 있다.
또한 절연막(120)은 2개의 치밀화된 절연막층(122D, 124D)이 포함되는 것으로 도시되었으나, 3개 이상의 치밀화된 절연막층을 포함하는 것도 가능하다. 즉, 절연막(120)이 포함하는 치밀화된 절연막층의 개수는, 절연막(120)의 원하는 두께를 고려하여 결정할 수 있다. 즉, 절연막(120)의 원하는 두께를 고려하여 도 4a 내지 도 19b에서 설명한 단계들을 반복할 회수를 결정할 수 있다.
본 발명은 다양한 형태의 기판 처리 장치에 응용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 기판에 대한 공정이 이루어지는 챔버;
    상기 챔버의 내부에 설치되며, 상기 기판이 놓여지는 기판지지대; 및
    상기 챔버의 상부에 설치되어 상기 챔버의 내부에 전계(electric field)를 형성하는 안테나를 포함하되,
    상기 안테나는 기설정된 중심을 기준으로 회전대칭을 이루도록 배치되는 제1 및 제2 안테나를 구비하고,
    상기 제1 안테나는 제1 및 제2 반경을 각각 가지고 기설정된 중심선을 기준으로 일측 및 타측에 각각 위치하는 반원 형상의 제1 내측안테나 및 제1 중간안테나와, 상기 제1 내측안테나 및 상기 제1 중간안테나를 서로 연결하는 제1 연결안테나를 가지며,
    상기 제2 안테나는 상기 제1 및 제2 반경을 각각 가지고 상기 중심선을 기준으로 일측 및 타측에 각각 위치하는 반원 형상의 제2 중간안테나 및 제2 내측안테나와, 상기 제2 중간안테나 및 상기 제2 내측안테나를 서로 연결하는 제2 연결안테나를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나는 제3 반경을 가지고 상기 중심선을 기준으로 일측에 위치하는 반원 형상의 제1 외측안테나를 더 가지고,
    상기 제2 안테나는 제3 반경을 가지고 상기 중심선을 기준으로 타측에 위치하는 반원 형상의 제2 외측안테나를 더 가지며,
    상기 제1 중간안테나는 상기 제2 내측안테나 및 상기 제2 외측안테나의 사이에 배치되고,
    상기 제2 중간안테나는 상기 제1 내측안테나 및 상기 제1 외측안테나의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 안테나는 상기 제1 및 제2 안테나가 동일 평면 상에 위치하는 플랫(flat) 형상인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 챔버는 상부가 개방된 하부챔버 및 상기 하부챔버의 상부를 개폐하고 상기 안테나의 하부에 위치하는 챔버 덮개, 그리고 상기 안테나와 상기 챔버 덮개의 사이에 위치하여 상기 챔버의 내부에 형성된 전계를 조절하는 조절플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 조절플레이트의 두께는 상기 챔버의 내부에서 이루어지는 공정률에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판처리장치는 상기 챔버의 내부에 반응가스를 공급하는 유입구 및 상기 챔버 내부에 공급된 상기 반응가스를 배출하는 유출구가 대칭을 이루어 형성되는 샤워헤드를 구비하며,
    상기 샤워헤드는 상기 유입구에 연결되며 상기 반응가스의 유동방향에 따라 단면적이 증가하는 복수의 확산유로들과 상기 확산유로들을 서로 연결하는 유입연결유로들을 가지는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 확산유입유로들은 상하로 배치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 상기 유출구에 연결되며 상기 반응가스의 유동방향에 따라 단면적이 감소하는 복수의 수렴유로들과 상기 수렴유로들을 서로 연결하는 유출연결유로들을 가지는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102014175B1 (ko) * 2016-07-22 2019-08-27 (주)디엔에프 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 실리콘 질화 박막의 제조방법
US10971333B2 (en) * 2016-10-24 2021-04-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Antennas, circuits for generating plasma, plasma processing apparatus, and methods of manufacturing semiconductor devices using the same
SG11202010548YA (en) * 2018-07-31 2021-02-25 Applied Materials Inc On stack overlay improvement for 3d nand
FI128855B (en) * 2019-09-24 2021-01-29 Picosun Oy FLUID DISTRIBUTOR FOR THIN FILM GROWING EQUIPMENT, RELATED EQUIPMENT AND METHODS

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100391063B1 (ko) * 2000-11-06 2003-07-16 주식회사 플라즈마트 유도결합으로 보강된 축전결합형 플라즈마 발생장치 및플라즈마 발생방법
KR20050040274A (ko) * 2003-10-28 2005-05-03 삼성전자주식회사 플라즈마 발생용 안테나 및 이를 갖는 플라즈마 처리장치
JP2005328021A (ja) * 2004-05-12 2005-11-24 Applied Materials Inc ガスディフューザのホールデザインによるプラズマ均一性制御
JP2009283765A (ja) * 2008-05-23 2009-12-03 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5226967A (en) * 1992-05-14 1993-07-13 Lam Research Corporation Plasma apparatus including dielectric window for inducing a uniform electric field in a plasma chamber
JP3254069B2 (ja) * 1993-01-12 2002-02-04 東京エレクトロン株式会社 プラズマ装置
JPH0773997A (ja) * 1993-06-30 1995-03-17 Kobe Steel Ltd プラズマｃｖｄ装置と該装置を用いたｃｖｄ処理方法及び該装置内の洗浄方法
US5916369A (en) * 1995-06-07 1999-06-29 Applied Materials, Inc. Gas inlets for wafer processing chamber
JP3043217B2 (ja) * 1994-02-22 2000-05-22 東京エレクトロン株式会社 プラズマ発生装置
JP3150027B2 (ja) * 1993-12-17 2001-03-26 東京エレクトロン株式会社 プラズマ発生装置及びこのプラズマ発生装置を用いたプラズマ処理装置
US5824605A (en) * 1995-07-31 1998-10-20 Lam Research Corporation Gas dispersion window for plasma apparatus and method of use thereof
JP3501910B2 (ja) * 1996-04-23 2004-03-02 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
US20020011215A1 (en) * 1997-12-12 2002-01-31 Goushu Tei Plasma treatment apparatus and method of manufacturing optical parts using the same
DE60035948T2 (de) * 1999-06-19 2008-05-15 Asm Genitech Korea Ltd. Chemischer abscheidungsreaktor und dessen verwendung für die abscheidung eines dünnen films
KR100338057B1 (ko) * 1999-08-26 2002-05-24 황 철 주 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나 장치
KR100862658B1 (ko) * 2002-11-15 2008-10-10 삼성전자주식회사 반도체 처리 시스템의 가스 주입 장치
JP3974553B2 (ja) * 2003-05-07 2007-09-12 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置、プラズマ処理装置用アンテナおよびプラズマ処理方法
US20060019502A1 (en) 2004-07-23 2006-01-26 Park Beom S Method of controlling the film properties of a CVD-deposited silicon nitride film
US20050233092A1 (en) 2004-04-20 2005-10-20 Applied Materials, Inc. Method of controlling the uniformity of PECVD-deposited thin films
US7785672B2 (en) 2004-04-20 2010-08-31 Applied Materials, Inc. Method of controlling the film properties of PECVD-deposited thin films
US7125758B2 (en) 2004-04-20 2006-10-24 Applied Materials, Inc. Controlling the properties and uniformity of a silicon nitride film by controlling the film forming precursors
US8328939B2 (en) 2004-05-12 2012-12-11 Applied Materials, Inc. Diffuser plate with slit valve compensation
US20060005771A1 (en) 2004-07-12 2006-01-12 Applied Materials, Inc. Apparatus and method of shaping profiles of large-area PECVD electrodes
CN100386668C (zh) * 2004-05-12 2008-05-07 应用材料股份有限公司 采用气体扩散板通道设计的等离子体均匀度控制
US8074599B2 (en) 2004-05-12 2011-12-13 Applied Materials, Inc. Plasma uniformity control by gas diffuser curvature
US20090255759A1 (en) 2008-04-10 2009-10-15 Barnes Gregory K Ladder stabilizing and standoff system
KR20060107683A (ko) * 2005-04-11 2006-10-16 삼성전자주식회사 화학 기상 증착 장치
KR101272321B1 (ko) * 2005-05-09 2013-06-07 한국에이에스엠지니텍 주식회사 복수의 기체 유입구를 가지는 원자층 증착 장치의 반응기
KR100895689B1 (ko) * 2007-11-14 2009-04-30 주식회사 플라즈마트 임피던스 매칭 방법 및 이 방법을 위한 전기 장치
US8512509B2 (en) * 2007-12-19 2013-08-20 Applied Materials, Inc. Plasma reactor gas distribution plate with radially distributed path splitting manifold
JP5407388B2 (ja) * 2008-02-08 2014-02-05 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
KR101165326B1 (ko) * 2010-10-06 2012-07-18 주식회사 유진테크 대칭형 유입구 및 유출구를 통해 반응가스를 공급하는 기판 처리 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100391063B1 (ko) * 2000-11-06 2003-07-16 주식회사 플라즈마트 유도결합으로 보강된 축전결합형 플라즈마 발생장치 및플라즈마 발생방법
KR20050040274A (ko) * 2003-10-28 2005-05-03 삼성전자주식회사 플라즈마 발생용 안테나 및 이를 갖는 플라즈마 처리장치
JP2005328021A (ja) * 2004-05-12 2005-11-24 Applied Materials Inc ガスディフューザのホールデザインによるプラズマ均一性制御
JP2009283765A (ja) * 2008-05-23 2009-12-03 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

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