KR0132005B1 - 플라즈마 증착장비 및 이를 이용한 질화막 형성방법 - Google Patents

플라즈마 증착장비 및 이를 이용한 질화막 형성방법

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조공정에 사용되는 플라즈마 증착장비 및 이를 이용한 질화막 형성방법에 관한 것으로, 질화막 형성시 균일도가 감소되어 소자의 신뢰성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 확산기(Diffuser)에는 고주파 발생기가 접속되고, 히터블록(Heat Block)에는 저주파 발생기가 접속된 반응로를 사용하여 질화막(Nitride Film)을 형성함에 있어, 확산기를 통해 N2 가스 대신 Ar 가스를 포함하는 반응 가스들이 반응로내로 유입되기전에 고주파를 공급하여 플라즈마(plasma)를 형성시킨 후 히터블록에 저주파가 공급되는 상태에서 웨이퍼에 증착이 이루어지게 하므로써 필름의 균일도가 증가되어 소자의 신뢰성이 향상될 수 있는 플라즈마 증착장비 및 이를 이용한 질화막 형성방법에 관한 것이다.

Description

플라즈마 증착장비 및 이를 이용한 질화막 형성방법
제1도는 종래 플라즈마 증착장비의 구조도.
제2도는 본 발명에 따른 플라즈마 증착장비의 구조도.
＊ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 반응로, 2 : 웨이퍼,
3 : 히터블록, 4 : 확산기,
5 : 가스주입관, 6 : 고주파 발생기,
7 : 저주파 발생기, 8 : 가스 배기구, L 및
C : 제1 및 제2필터
본 발명은 플라즈마 증착장비 및 이를 이용한 질화막 형성방법에 관한 것으로, 특히 확산기(Diffuser)에는 고주파 발생기가 접속되고 히터블록(Heat Block)에는 저주파 발생기가 접속된 반응로를 사용하여 질화막(Nitride Film)을 형성함에 있어, 확산기를 통해 N2 가스 대신 Ar 가스를 포함하는 반응 가스들이 반응로내로 유입되기전에 고주파를 공급하여 플라즈마(plasma)를 형성시킨 후 히터블록에 저주파가 공급되는 상태에서 웨이퍼에 증착이 이루어지게 하므로써 필름의 균일도(Uniformity)가 향상되어 핀홀(pin hole)발생이 방지되고 스텝커버리지(step coverage)가 증가될 수 있는 플라즈마 증착장비 및 이를 이용한 질화막 형성방법에 관한 것이다.
종래의 플라즈마 증착장비는 제1도에 도시된 바와 같이 웨이퍼(2)가 장착되는 히터블록(3)및 가스배기구(8)를 포함하는 반응로(1)내의 상부에 접지로부터 고주파 발생기(6) 및 제1필터(L)가 각각 접속된 확산기(4)가 형성되며 상기 확산기(4)에는 반응로(1)의 외부로부터 가스 주입관(5)이 접속 구성되는데, 이를 이용하여 웨이퍼에 질화막을 형성시키는 방법을 설명하면 다음과 같다.
반도체 소자의 제조공정에서 금속배선등의 하부층을 보호 및 전연시키기 위하여 질화막을 형성하는데, 그 형성방법은 반응가스들(N2, SiH4 및 NH3)을 상기 가스주입관(5)을 통해 상기 확산기(4)에 공급하고 상기 고주파 발생기(6)를 동작시키면 상기 반응가스들이 여기되어 플라즈마가 형성된다. 이때 플라즈마 생성에 필요한 주파수는 13.56MHz 정도의 고주파이며 이보다 낮은 주파수는 제1필터(L)를 통해 접지로 흐르게 된다. 또한 상기와 같이 생성된 플라즈마에 의해 증착을 돕기 위해 일정한 열이 공급되는 히터블록(3)에 장착된 웨이퍼(2)에는 질화막이 증착되는데, 상기 반응가스중 같이 유입되는 캐리어 가스(Carrier Gas)인 N2 가스는 라디컬(radical)이온화 되기 쉽기 때문에 라디컬화 된 N2 가스가 플라즈마를 대량으로 웨이퍼 표면으로 이동시켜 주기 때문에 플라즈마 밀도(Plasma Density)를 너무 높게 만들어 질화막의 균일도를 떨어뜨리고, 웨이퍼 표면에 스트레스를 가하게 되며, 이렇게 형성된 질화막이 장시간 외부에 노출될 경우 나트륨(Na) 이온 또는 습기 등이 침투하여 반도체 소자의 신뢰성을 저하시키게 되는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 확산기(Diffuser)에는 고주파 발생기가 접속되고 히터블록(Heat Block)에는 저주파 발생기가 접속된 반응로를 사용하여 질화막(Nitride Film)을 형성함에 있어, 확산기를 통해N2 가스 대신 Ar 가스를 포함하는 반응 가스들이 반응로내로 유입되기전에 고주파를 공급하여 플라즈마(plasma)를 형성시킨 후 히터블록에 저주파가 공급되는 상태에서 웨이퍼에 반응물의 증착이 이루어지게 하므로써, 상기한 단점을 해소할 수 있는 플라즈마 증착장비 및 이를 이용한 질화막 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마 증착장비는 웨이퍼가 장착되는 히터블록 및 가스 배기구를 포함하는 반응로와, 상기 반응로 내의 상부에 형성되며 접지로부터 고주파 발생기 및 제1필터가 각각 접속되는 확산기와, 상기 확산기와 접속되며 상기 반응로 외부로부터 반응가스를 주입시키기 위한 가스 주입관으로 이루어진 플라즈마 증착장비에 있어서, 상기 히터블록 및 접지간에 각각 접속되는 저주파 발생기 및 제2필터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적인 질화막 형성방법은 반응가스를 가스 주입관을 통해 확산기에 공급시키는 단계와, 상기 단계로부터 고주파 발생기를 동작시켜 상기 확산기에 고주파가 공급되도록 하여 플라즈마를 생성시키는 단계와, 상기 단계로부터 저주파 발생기를 동작시켜 히터블록에 저주파가 공급되도록 하여 웨이퍼 표면에 반응물이 이온 충격에 의해 증착되는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하,첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
제2도는 본 발명에 따른 플라즈마 증착장비의 구조도로서, 상기 제1도에 설명한 플라즈마 증착장비의 히터블록(3)과 접지간에 저주파 발생기(7) 및 제2필터(C)가 각각 접속 구성되며, 이를 이용한 반도체 소자의 질화막 형성방법을 설명하면 다음과 같다.
질소(N2)가스 대신 아르곤(Ar)가스가 포함된 반응가스들(Ar, SiH4 및 NH3)을 상기 가스주입관(5)을 통해 상기 확산기(4)에 공급하고 고주파 발생기(6)를 동작시켜 약 5MHz 정도의 고주파를 공급하면 상기 반응가스들이 여기되어 플라즈마가 형성된다. 즉, 플라즈마를 생성하기 위해 사용되는 고주파수 대역은 사용되는 캐리어 가스의 종류에 따라 5MHz 내지 13.56MHz 대역을 사용하게 된다.
따라서, 본 발명에서 Ar 가스를 사용할 때 고주파수를 50MHz 로 공급하여 플라즈마를 형성한다. 이때 Ar 가스는 불활성 가스 이기때문에 생성된 플라즈마의 분포를 균일하게 지속시킨다. 이후 상기 저주파 발생기(7)로부터 상기 히터블록(2)에 약 100 내지 200KHz의 저주파가 공급되며, 이때 웨이퍼(2) 표면에는 반응물이 이온 충격에 의해 조밀하게 증착되고, 이로 인해 웨이퍼 표면에 걸리는 스트레스가 해소되며, 이를 반응식으로 나타내면 하기의 (식1)과 같다.
SiH4 + NH3 + Ar → Si3H4 + H2 ↑......(식1)
또한, 상기 제1필터(L)는 약 5MHz이하의 주파수를 접지로 흐르게 하고, 상기 제2필터(C)는 약 200KHz 이상의 주파수를 접지로 흐르게 하여 상기 확산기(4) 및 히터블록(3)에 증착시 각각 필요한 주파수만이 공급되도록 하며 주파수 효율을 증가시킨다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 증착된 질화막의 균일도가 향상되어 핀홀의 발생이 방지되고, 스텝커버리지가 증가되며, 외부로부터 습기 또는 Na 이온의 침투가 방지되어 반도체 소자의 신뢰성 향상에 탁월한 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 웨이퍼가 장착되는 히터블록 및 가스 배기구를 포함하는 반응로와, 상기 반으로 내의 상부에 형성되며 접지로부터 고주파 발생기 및 제1필터가 각각 접속되는 확산기와, 상기 확산기와 접속되며 상기 반응로 외부로부터 반응가스를 주입시키기 위한 가스 주입관으로 이루어진 플라즈마 증착장비에 있어서, 상기 히터블록 및 접지간에 각각 접속되는 저주파 발생기 및 제2필터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 증착장비.
  2. 질화막 형성방법에 있어서, 반응가스를 가스 주입관을 통해 확산기에 공급시키는 단계와, 상기 단계로부터 고주파 발생기를 동작시켜 상기 확산기에 고주파가 공급되도록 하여 플라즈마를 생성시키는 단계와, 상기 단계로부터 저주파 발생기를 동작시켜 히터블록에 저주파가 공급되도록 하여 웨이퍼 표면에 반응물이 이온 충격에 의해 증착 되도록 하는단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 질화막 형성방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 반응가스는 Ar, SiH4 및 NH3가 사용되는 것을 특징으로 하는질화막 형성방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 확산기에 고주파가 공급될 때 저주파는 제1필터를 통해 접지로 흐르는 것을 특징으로 하는 질화막 형성방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 히터블록에 저주파가 공급될 때 고주파는 제2필터를 통해 접지로 흐르는 것을 특징으로 하는 질화막 형성방법.
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