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KR20050012789A - 산화막 형성 방법 및 산화막 형성 장치 - Google Patents

산화막 형성 방법 및 산화막 형성 장치

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KR20050012789A
KR20050012789A KR10-2004-7020242A KR20047020242A KR20050012789A KR 20050012789 A KR20050012789 A KR 20050012789A KR 20047020242 A KR20047020242 A KR 20047020242A KR 20050012789 A KR20050012789 A KR 20050012789A
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gas
oxide film
process gas
substrate
discharge
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유지 에구찌
세쯔오 나까지마
다꾸미 이또
시니찌 가와사끼
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세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 대기압 근방의 압력 조건에서의 CVD법에 의해 기판 S의 표면에 산화막을 형성하는 장치에 있어서, TMOS, MTMOS 등의 실리콘 함유 가스를 포함하는 원료 가스 (A), O2, N2O 등의 산화성 가스를 포함하는 반응 가스 (B)의 2 성분의 공정 가스를 공급하는 가스 공급원 3A, 3B와 방전 처리부 (1)을 구비한다. 방전 처리부 (1)에서 방전 처리한 공정 가스 (B)에 공정 가스 (A)를 방전 처리하지 않고 기판 표면 부근에서 혼합함으로써, 상압하에서의 CVD법에 있어서 막질ㆍ커버리지성이 양호한 산화막을 빠른 막 형성 속도로 형성한다. 또한, 방전 처리한 또는 방전 처리하지 않은 H2O 가스를 혼합하면 보다 바람직하다.

Description

산화막 형성 방법 및 산화막 형성 장치{OXIDE FILM FORMING METHOD AND OXIDE FILM FORMING APPARATUS}
실리콘 웨이퍼, 전자 회로 기판 등의 기판의 표면에 실리콘 산화막 (SiO2)을 형성하는 방법으로서는, 종래 테트라메톡시실란 (TMOS: Si(OCH3)4) 및 산소 (O2)를 사용하는 저압 플라즈마 CVD법, 테트라에톡시실란 (TEOS: Si(OC2H5)4) 및 오존 (O3)을 사용하는 상압 열CVD법이 주로 채용되고 있다. 그러나, 이러한 산화막 형성 방법으로서는 막질 및 커버리지 (coverage)성 모두를 양호하게 하기 위해서는 개선하여야 할 점이 많이 있었다.
이러한 점을 고려하여, 일본 특허 공고 평 08-6181호 공보 (이하, 특허 문헌 1이라 함)에는 TEOS와 저농도의 오존 가스와의 혼합 가스를 기판 표면에서 고농도의 오존 가스와 혼합하고, 또한, 일본 특허 공개 평 08-306683호 공보 (이하, 특허문헌 2라 함)에는 TEOS와 오존 가스와 H2O 가스와의 혼합 가스를 기판 표면에 분무하여 막 형성을 행함으로써 수분, 수소, 탄소 등의 함유량이 적고 또한 커버리지성이 양호한 실리콘 함유 절연막을 형성하는 방법이 개시되어 있다.
또한, 일본 특허 공개 2001-144084호 공보 (이하, 특허 문헌 3이라 함)에는 TMOS와 산화성 가스를 플라즈마화하여 막 형성을 행함으로써 수분, 수소, 탄소 등의 함유량이 적고, 또한 커버리지성이 양호한 실리콘 함유 절연막을 형성하는 방법이 개시되어 있다.
그리고, 이 공보에 기재된 방법에서는, 온도, 압력, 고주파 전압, 반응 가스 유량 등의 파라미터를 적절하게 조정함으로써 막질, 커버리지성 및 막 형성 속도를 제어하고 있다.
그러나, 상기 특허 문헌 1 및 2에 개시된 산화막 형성 방법은 상압열 CVD법에 의한 것이기 때문에 막 형성 속도가 느림과 동시에 누설 전류치가 크다는 문제가 있다.
한편, 상기 특허 문헌 3에 개시된 산화막 형성 방법은 저압하에서 실시하는 것인 것이기 때문에 진공 상태로 유지하기 위한 설비가 필요한데다가 진공 상태로 하기 까지 장시간을 필요로 하기 때문에 생산성이 나쁘다는 문제가 있다.
또한, 특허 문헌 3에는 저압하에서 실시하는 것이 개시되어 있을 뿐으로 상압하에서 실시하는 것은 아무것도 개시되어 있지 않다.
그래서, 본 발명자 등은 시험적으로 TMOS 및 O2계 가스를 상압하에서 플라즈마화하여 산화막을 형성한 결과 TEOS 및 O3계 가스를 사용하는 상압 열CVD법과 비교하여 막 형성 속도 및 막질은 개선되었지만 여전히 충분히 만족할 수 있는 결과는 얻어지지 않았다. 이것은 저압하에서 플라즈마화하는 경우에 있어서의 파라미터를 그대로 상압하에서 적용할 수 없기 때문으로 생각된다. 특히, 전극에 수백 kHz의 고주파 전압을 상압하에서 인가한 경우, 막질이 양호하고 막의 절연 파괴를 저지하는 것은 곤란하기 때문으로 생각된다.
그런데, 상압하에서 플라즈마 CVD법에 의해 기판 표면에 산화막을 형성하는 방법으로서, (1) 원료 가스와 산소 가스와의 혼합 가스를 플라즈마 여기시킨 후 기판에 분무하여 산화막을 형성하는 방법, (2) 플라즈마 여기된 원료 가스에 산소 가스를 혼합하여 그 혼합 가스를 또한 플라즈마 여기하여 기판에 산화막을 형성하는 방법을 생각할 수 있다.
그러나, 상기 막 형성 방법 (1) 및 (2)에 의하면 플라즈마 공간 중에서 전극 (플라즈마 발생용) 그 자체에 막 형성되기 때문에 가스가 유효 이용되지 않고 높은 막 형성 속도가 얻어지지 않는다. 또한, 전극 부착물이 대량으로 발생하기 때문에 유지·보수 간격이 짧아진다는 결점이 있다.
또한, 가스류의 영향이 강하게 되는 점성류 영역 (상압)에 있어서는, 따로따로 플라즈마 여기한 복수종의 가스를 단순히 동일 부분에 집중시켜 분무하여도, 각각이 층류로서 분리되어 흘러 버리기 때문에 이러한 방법은 그대로 채용할 수 없다.
본 발명은, 이러한 종래에 있어서의 문제점에 감안하여 이루어진 것으로, 상압하에서의 CVD법에 의해서 산화막을 형성한 경우에 있어도 막질, 커버리지성이 양호한 산화막을 빠른 막 형성 속도로 형성할 수 있는 산화막 형성 방법 및 그 방법을 실시하는 산화막 형성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한 산화막을 빠른 막 형성 속도로 형성할 수가 있음과 동시에 유지·보수 간격을 길게 할 수 있는 산화막 형성 방법 및 그 방법을 실시하는 산화막 형성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 대기압 근방의 압력하에서의 화학 기상 증착법 (CVD: Chemical Vapor Deposition)에 의해 기판의 표면에 산화막을 형성하는 산화막 형성 방법 및 그것을 실시하는 산화막 형성 장치에 관한 것이다.
원료 가스는 플라즈마화하면 즉시 반응하기 때문에 플라즈마 공간 경과 중에 전극으로의 부착물이나 반응물의 입자가 되어 소비됨으로써, 막 형성 속도를 저하시켜 박막 중에 불순물이 혼입하는 원인이 되어 빈번한 유지·보수가 필요한 원인이 된다고 생각된다.
이러한 점을 고려하여 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명자 들은 여러가지 연구, 실험을 거듭한 결과, 상압하에서의 플라즈마 CVD법에 있어서는 TMOS를 플라즈마 중에 투입하지 않고 분출시키고, 한편 방전 처리한 O2를 별개로 분출시켜 TMOS와 O2를 결과적으로 기판 표면 부근에서 합류시켜 혼합함으로써 막질, 커버리지성이 양호한 산화막을 빠른 막 형성 속도로 형성할 수가 있다는 것을 발견하였다.
플라즈마 공간을 통과함으로써 활성종이 된 반응 가스에 원료 가스를 합류시키면 이 활성종이 된 반응 가스와 원료 가스가 접촉함으로써 반응하여 막 형성이 행하여지기 때문에 원료 가스가 막 형성 반응에 효율적으로 사용되어 전극 부착물이나 불순물의 발생을 방지할 수가 있다. 따라서, 산화막을 높은 막 형성 속도로얻을 수 있고, 또한 유지·보수 간격을 길게 할 수가 있다.
또한, 본 발명자 들은 추가로 여러가지 연구, 실험을 거듭한 결과, 상압하에서의 플라즈마 CVD법에 있어서는 TMOS를 플라즈마 중에 투입하지 않고, 방전 처리한 O2와 기판 표면 부근에서 혼합함과 동시에 방전 처리한 또는 방전 처리하지 않은 H2O 가스를 첨가함으로써 막질, 커버리지성이 보다 양호한 산화막을 빠른 막 형성 속도로 형성할 수가 있다는 것을 발견하였다.
또한, H2O를 첨가하였을 때의 자세한 반응 기구에 대해서는 알려지지 않은 부분이 많지만 H2O가 활성인 산소종과 만남으로써 산화력이 매우 강한 OH 라디칼이 생성되는 것, 또는 TMOS (MTMOS(메틸트리메톡시실란: CH3Si(OCH3)3)도 포함함)가 H2O와의 반응성이 매우 높은 SiOCH3기를 갖는 것이 핵심이라고 생각된다.
본 발명은, 이상과 같은 점에 착안하여 방전 처리하지 않는 TMOS 또는 MTMOS 등의 원료 가스에 방전 처리한 O2또는 N2O 등의 반응 가스를 기판 표면 부근에서 혼합함으로써 막질, 커버리지성이 모두 양호한 산화막을 빠른 막 형성 속도로 형성할 수가 있는 산화막 형성 방법 및 산화막 형성 장치를 실현하였다.
즉, 본 발명의 산화막 형성 방법은 대기압 근방의 압력하에서의 CVD법에 의해서 기판 표면에 산화막을 형성하는 방법으로서, 원료 가스 (A), 반응 가스 (B)라 는 2 성분의 공정 가스를 사용하고 방전 처리를 하지 않은 공정 가스 (A)에 방전 처리를 한 공정 가스 (B)를 기판의 표면 부근에서 혼합하도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 산화막 형성 장치는 대기압 근방의 압력하에서의 CVD법에 의해 기판 표면에 산화막을 형성하는 장치로서, 원료 가스 (A), 반응 가스 (B)라는 2 성분의 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급원과 방전 처리부로부터 구성되고, 방전 처리를 하지 않은 공정 가스 (A)에 상기 방전 처리부에서 방전 처리를 한 공정 가스 (B)를 기판의 표면 부근에서 혼합하도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 방전 처리하지 않는 TMOS 또는 MTMOS 등의 원료 가스에 방전 처리한 O2또는 N2O 등의 반응 가스를 기판 표면 부근에서 혼합함과 동시에 방전 처리한 또는 방전 처리하지 않는 H2O 가스를 첨가함으로써 막질, 커버리지성이 모두보다 양호한 산화막을 빠른 막 형성 속도로 형성할 수가 있는 산화막 형성 방법 및 산화막 형성 장치를 실현하였다.
그 구체적인 구성은 다음에 나타낸 바와 같다.
즉, 본 발명의 산화막 형성 방법은 대기압 근방의 압력하에서의 CVD법에 의해서 기판의 표면에 산화막을 형성하는 방법으로서, 원료 가스 (A), 반응 가스 (B), H2O 가스 (C)라는 3 성분의 공정 가스를 사용하여, 방전 처리를 하지 않은 공정 가스 (A) 및 공정 가스 (C)에 방전 처리를 한 공정 가스 (B)를 기판의 표면 부근에서 혼합하도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 산화막 형성 방법은 대기압 근방의 압력하에서의 CVD법에 의해서 기판의 표면에 산화막을 형성하는 방법으로서, 원료 가스 (A), 반응 가스(B), H2O 가스 (C)라는 3 성분의 공정 가스를 사용하여, 방전 처리를 하지 않은 공정 가스 (A)에 각각 개별로 방전 처리를 한 공정 가스 (B) 및 공정 가스 (C)를 기판의 표면 부근에서 혼합하도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 산화막 형성 방법은 대기압 근방의 압력하에서의 CVD법에 의해서 기판의 표면에 산화막을 형성하는 방법으로서, 원료 가스 (A), 반응 가스 (B), H2O 가스 (C)라는 3 성분의 공정 가스를 사용하여 방전 처리를 하지 않은 공정 가스 (A)에 방전 처리를 한 공정 가스 (B)와 공정 가스 (C)와의 혼합 가스를 기판 표면 부근에서 혼합하도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 산화막 형성 방법은 대기압 근방의 압력하에서의 CVD법에 의해서 기판의 표면에 산화막을 형성하는 방법으로서, 원료 가스 (A), 반응 가스 (B), H2O 가스 (C)라는 3 성분의 공정 가스를 사용하여 방전 처리를 하지 않은 공정 가스 (A)와 공정 가스 (C)와의 혼합 가스에 방전 처리를 한 공정 가스 (B)를 기판의 표면 부근에서 혼합하도록 한 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 산화막 형성 장치는 대기압 근방의 압력하에서의 CVD법에 의해서 기판의 표면에 산화막을 형성하는 장치로서, 원료 가스 (A), 반응 가스 (B), H2O 가스 (C)라는 3 성분의 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급원과 방전 처리부로 구성되어, 방전 처리를 하지 않은 공정 가스 (A) 및 공정 가스 (C)에 방전 처리부에서 방전 처리를 한 공정 가스 (B)를 기판의 표면 부근에서 혼합하도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 산화막 형성 장치는 대기압 근방의 압력하에서의 CVD법에 의해서 기판의 표면에 산화막을 형성하는 장치로서 원료 가스 (A), 반응 가스 (B), H2O 가스 (C)라는 3 성분의 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급원과 방전 처리부로 구성되어, 방전 처리를 하지 않은 공정 가스 (A)에 각각 개별의 방전 처리부에서 방전 처리를 한 공정 가스 (B) 및 공정 가스 (C)를 기판의 표면 부근에서 혼합하도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 산화막 형성 장치는 대기압 근방의 압력하에서의 CVD법에 의해서 기판의 표면에 산화막을 형성하는 장치로서, 원료 가스 (A), 반응 가스 (B), H2O 가스 (C)라는 3 성분의 공정 가스를 공급하는 가스 공급원과 방전 처리부로 구성되어, 방전 처리를 하지 않은 공정 가스 (A)에 방전 처리부에서 방전 처리를 한 공정 가스 (B)와 공정 가스 (C)와의 혼합 가스를 기판의 표면 부근에서 혼합하도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 산화막 형성 장치는 대기압 근방의 압력하에서의 CVD법에 의해서 기판의 표면에 산화막을 형성하는 장치로서, 원료 가스 (A), 반응 가스 (B), H2O 가스 (C)라는 3 성분의 공정 가스를 공급하는 공정 가스 공급원과 방전 처리부로 구성되어, 방전 처리를 하지 않는 공정 가스 (A)와 공정 가스 (C)의 혼합 가스에 방전 처리부에서 방전 처리를 한 공정 가스 (B)를 기판의 표면 부근에서 혼합하도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 산화막 형성 방법 및 장치에 있어서, 상기 원료 가스 (A)로서TMOS, MTMOS 등의 실리콘 함유 가스를 사용할 수가 있다.
또한, 상기 반응 가스 (B)로서는, O2, N2O 등의 산화성 가스를 사용할 수 있다.
본 발명의 산화막 형성 방법 및 장치에 있어서, CVD법에 사용하는 공정 가스 중 상기 공정 가스 (B)의 양이 공정 가스 전체의 50 중량% 이상이고, 또한 상기 공정 가스 (A)와 상기 공정 가스 (C)와의 중량비 [공정 가스 (A)/공정 가스 (C)]가 1/100 내지 1/0.02인 것이 바람직하다.
공정 가스 (B)의 O2또는 N2O가 50 중량%보다도 적으면 막질이 저하된다. 또한, 중량비 [공정 가스 (A)/공정 가스 (C)]가 1/100보다도 적은 경우, 즉 공정 가스 (A)에 대해 공정 가스 (C)가 많게 하여도 막질을 좋게 하는 효과가 포화되어 버린다. 한편, 중량비 [공정 가스 (A)/공정 가스 (C)]가 1/0.02 보다도 크면 막질 향상의 효과를 볼 수 없다.
본 발명의 산화막 형성 방법 및 장치에 있어서, 상기 3 성분의 공정 가스의 공급 총량이 1 내지 300 SLM인 것이 바람직하다. 공정 가스의 공급 총량이 이 범위보다도 적으면 막 형성 속도가 늦어진다. 또한, 그 범위보다도 많으면 가스류가 흐트러지고 균일한 막 형성을 할 수 없게 된다.
본 발명의 산화막 형성 방법 및 장치에 있어서, 또한, TMP, TEP 등의 인 함유 가스 또는 TMB, TEB 등의 붕소 함유 가스라는 공정 가스 (D)를 공정 가스 (A)와 혼합하여 사용할 수도 있다.
TMP, TEP 등의 인 함유 가스, TMB, TEB 등의 붕소 함유 가스 (D)를 혼합하면 P 도핑 실리콘 산화막, B 도핑 실리콘 산화막, B, P 도핑 실리콘 산화막 등을 형성할 수가 있다. 이러한 산화막은 비도핑의 실리콘 산화막과 비교하여 응력을 대폭 감소시킬 수가 있기 때문에 막 두께를 형성할 경우에 매우 유효하다. 또한, 이온의 게터링 효과를 발휘하기 위해서 보호막으로서도 유효하다.
본 발명의 산화막 형성 장치에 있어서, 상기 방전 처리부와 기판 장착부에 장착된 기판 표면과의 거리는 0.5 내지 30 mm인 것이 바람직하다.
본 발명의 산화막 형성 장치에 있어서, 기판을 얹어 놓은 기판 장착부와 상기 방전 처리부를 상대적으로 한 방향으로 또는 양 방향으로 이동시킴으로써 기판을 편도 반송 또는 왕복 반송할 수 있도록 함과 동시에, 그 기판 반송 경로 도중에 방전 처리하지 않는 공정 가스의 가스 분출구를 배치하여 그 가스 분출구의 기판 반송 방향에 대해 전방부 및 후방부에 방전 처리한 공정 가스의 가스 분출구를 배치하는 구성으로 할 수도 있다.
여기서, 기판 장착부가 이동하는 구성으로 할 수도 있고 방전 처리부가 이동하는 구성으로 할 수도 있으며 이들 양자가 이동하는 구성으로 할 수도 있다.
그리고, 기판 반송 방향에 대해 전방부 및 후방부에 배치한 가스 분출구로부터 분출되는 방전 처리한 공정 가스는 동일 공정 가스일 수도 있다.
본 발명의 산화막 형성 방법에 있어서, 플라즈마 공간 통과 후의 반응 가스와 원료 가스와의 합류 가스의 흐름을, 피 처리면을 따라서 흐르는 가스류로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 합류한 가스가 혼합하면서 차례 차례로 반응을 하여 기판의 피처리면에 박막을 형성해 간다. 여기서, 상기한 흐름을 만들어 냄으로써 합류한 가스가 혼합하는 시간과 반응에 필요한 시간이 확보되고, 그 반응은 기판의 바로 근처에서 행하여지기 때문에 우선적으로 박막 형성에 소비되게 된다. 따라서, 금속 함유 가스를 낭비하지 않고 막 형성 속도를 향상시킬 수가 있다. 또한 기판의 피처리면이 평면이면 그 평면에 대략 평행한 흐름을 만드는 것이 바람직하다.
이상과 같은 합류 가스의 가스류를 실현하는 방법으로서, 배기 기구에 의해 상기 합류 가스가 기판의 피처리면을 따라서 흐르는 가스류를 형성하도록 배기 제어를 행하는 방법을 들 수 있다.
본 발명의 산화막 형성 방법에 있어서, 상기 원료 가스와 반응 가스의 도입 유량의 합계 유량과 기판의 피처리면을 따라서 흐르는 가스류의 유량을 대략 동일 양으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 반응 가스로서, 산소, 질소 또는 수소 중 어느 하나의 가스를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 산화막 형성 장치는, 원료 가스와 그 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 사용하는 산화막 형성 장치로서 상압에서 플라즈마 공간을 발생시키는 전극과, 그 플라즈마 공간에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급원과, 상기 플라즈마 공간을 통과한 반응 가스의 분출구 근방에 원료 가스를 공급하는 금속 함유 가스 공급원과, 상기 플라즈마 공간을 통과한 반응 가스와 원료 가스의 합류 가스가 흐르는 방향을 배기 제어하는 배기 기구를 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 산화막 형성 장치에 따르면, 플라즈마 공간을 통과함으로써 활성종이 된 반응 가스에 원료 가스를 합류시켜 이 활성종과 원료 가스가 접촉함으로써 반응하여 막 형성이 행해지기 때문에 원료 가스가 막 형성 반응에 효율적으로 사용되고, 전극 부착물이나 불순물의 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 산화막을 높은 막 형성 속도로 얻을 수 있고 또한 유지·보수 간격을 길게 할 수 있다.
또한, 합류 가스가 흐르는 방향이 기판의 피처리면을 따르는 방향이 되도록 배기 제어를 행함으로써 합류한 가스가 혼합하면서 차례 차례로 반응하고 기판의 피처리면에 박막을 형성해 간다. 여기서, 상기한 흐름을 만들어 냄으로써 합류한 가스가 혼합하는 시간과 반응에 필요한 시간이 확보되고, 그 반응은 기판의 바로 근처에서 행해지기 때문에 우선적으로 박막 형성에 소비되게 된다. 원료 가스를 낭비하지 않고 막 형성 속도를 향상시킬 수 있다. 피 처리면이 평면이면 그 평면에 대략 평행인 흐름을 만드는 것이 바람직하다.
본 발명의 산화막 형성 장치에 있어서, 배기 기구를 상기 플라즈마 공간을 통과한 반응 가스와 원료 가스가 합류하는 부분에서 합류 가스의 유로 (기판의 피 처리면을 따르는 유로)와 떨어져 있고 플라즈마 공간에 가까운 쪽에 배치하는 것이 바람직하다.
이와 같이 배치함으로써, 플라즈마 공간을 지나서 활성화된 반응 가스가 만드는 흐름과 활성화되지 않은 원료 가스가 만드는 흐름과의 비교에 있어서 활성화된 가스의 흐름이 짧아지고 활성종은 원료 가스의 흐름과 접촉ㆍ혼합한 후 피처리면에 도달하게 된다. 이 배치는 활성화된 가스를 실활시키지 않고 원료 가스와 접촉시키면서 기판 표면에 도달시키기 위해서 유효하다.
또한, 이상의 배기 기구의 배치에 있어서는, 배기 기구가 설치되지 않은 쪽으로부터의 외부 공기의 와류가 문제가 되는 경우도 생각할 수 있다. 이것을 방지하기 위해서는 배기 기구를 상기 합류 부분의 양측에 배치하고, 그 합류 부분에서 배기 기구에 이르는 합류 가스 유로 중 플라즈마 공간에 가까운 쪽, 즉, 반응 가스의 가스 분출구에 가까운 측의 유로의 컨덕턴스가 커지는 구성을 채용할 수 있다. 이와 같이 2 개의 유로에 컨덕턴스 차를 만들고 플라즈마 공간에 가까운 측의 유로를 주 흐름으로 함으로써 활성종은 원료 가스의 흐름과 접촉ㆍ혼합한 후 피처리면에 도달되게 한다.
본 발명의 산화막 형성 장치는 원료 가스와 그 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 사용하는 산화막 형성 장치로서 상압으로 플라즈마 공간을 발생시키는 전극을 2조 가지며, 각각의 플라즈마 공간에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급원과 상기 2 개의 플라즈마 공간을 통과한 반응 가스가 분출되는 2 개의 분출구 사이에 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급원을 구비하는 것을 특징으로 한다. 또한, 2 개의 플라즈마 공간은 대칭으로 하고 반응 가스 공급량도 동일하게 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 산화막 형성 장치에 의하면 원료 가스의 양단에 플라즈마화한 반응 가스의 분출구를 배치함으로써 외부 공기의 와류를 방지하는 것과, 활성종이 원료 가스의 흐름과 접촉ㆍ혼합한 후 피처리면에 도달하는 것을 양립하고 있다. 즉, 상기 배치로 함으로써 자연스럽게 압출되는 가스 흐름에 의해 외부 공기의 와류가 방지되어 활성종이 원료 가스의 흐름과 접촉ㆍ혼합한 후 피처리면에 도달하게 된다.
본 발명의 산화막 형성 장치에 있어서, 2 개의 반응 가스 분출구로부터 합류 가스의 유로를 사이에 둔 양측에 배기 기구를 배치하여 놓으면 적극적으로 피처리면에 따른 가스 흐름을 제어하거나 반응 후의 가스를 회수할 수도 있다.
본 발명의 각 산화막 형성 장치에 있어서, 가스 정류판을 설치하여 기판의 피처리면을 따르는 합류 가스 유로를 형성하도록 할 수도 있다.
또한, 세라믹 다공질로 제조된 가스 정류판을 사용하고 이 가스 정류판으로부터 불활성 가스를 분출하는 구성을 채용할 수도 있다. 가스 정류판에는 합류 후의 혼합 가스가 접촉하기 때문에 반응물의 부착이 발생하기 쉽지만 가스 정류판으로부터 불활성 가스를 분출함으로써 그와 같은 부착을 방지하기 위해서 유효하다. 불활성 가스로서는 질소, 아르곤, 헬륨 등을 들 수 있다.
이상의 특징을 갖는 본 발명의 산화막 형성 방법 및 장치는 반도체 장치에 있어서 실리콘 함유 절연막 (실리콘 산화막)을 형성하는데 유효하게 이용할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 산화막 형성 방법 및 산화막 형성 장치에 대해서 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에서 말하는 대기압 근방의 압력이란 1.O×1O4내지 11×1O4Pa의 압력을 의미하지만 특히는 압력 조정이 용이하고, 장치 구성이 간편하게 되는 9.331×1O4내지 10.397×104pa로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 산화막을 형성할 때 기판은 소정 온도로 가열, 유지하여 두지만 그 가열 온도는 100 내지 500 ℃로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 사용하는 방전 처리부로는 한쌍의 전극 사이에 전계를 인가함으로써 글로 방전 플라즈마를 발생시키는 방전 장치 등을 들 수 있다.
전극의 재질로는, 예를 들면 철, 구리, 알루미늄 등의 금속 단체, 스테인레스, 진유 (놋쇠) 등의 합금 또는 금속간 화합물 등을 들 수 있다.
전극의 형태로서는 전계 집중에 의한 아크 방전이 발생하는 것을 방지하기 위해서 플라즈마 공간 (전극 사이)의 거리가 일정하게 되는 형태, 특히 평판형 전극을 평행하게 대향 배치시키는 것이 바람직하다.
또한, 플라즈마를 발생시키는 전극 (대향 전극)은 한쌍 중 적어도 한편의 대향면에 고체 유전체를 배치할 필요가 있다. 이 때, 고체 유전체와 설치되는 측의 전극이 밀착하고, 또한 접하는 전극의 대향면을 완전히 덮도록 하는 것이 바람직하다. 고체 유전체에 의해 덮여지지 않고 전극끼리 직접 대향하는 부위가 있으면 거기에서 아크 방전이 발생하기 쉽게된다.
상기 고체 유전체의 형상은 판상, 시트상 또는 필름상 중 어느 것일 수 있다. 고체 유전체의 두께는 0.01 내지 4 mm인 것이 바람직하다. 고체 유전체의 두께가 너무 두꺼우면 방전 플라즈마를 발생하는 데 고전압이 요구되는 경우가 있고, 두께가 너무 얇으면 전압 인가시에 절연 파괴가 발생하여 아크 방전이 발생하는 경우가 있다.
또한, 고체 유전체는 용사법(溶射法)에 의해 전극 표면에 코팅된 막일 수도있다.
상기 고체 유전체의 재질로서는, 예를 들면 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 플라스틱, 유리, 이산화규소, 산화알루미늄, 이산화지르코늄, 이산화티탄 등의 금속 산화물, 티탄산바륨 등의 복산화물 등을 들 수 있다.
또한, 고체 유전체는 비유전율이 2 이상(25 ℃ 환경하, 이하 동일함)인 것이 바람직하다. 비유전율이 2 이상인 고체 유전체의 구체적인 예로서는 폴리테트라플루오로에틸렌, 유리, 금속 산화막 등을 들 수 있다. 또한, 고밀도의 방전 플라즈마를 안정적으로 발생시키기 위해서는 비유전율이 10 이상인 고체 유전체를 이용하는 것이 바람직하다. 비유전율의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 실제 재료에서는 18,500 정도의 것이 알려져 있다. 상기 비유전율이 10 이상인 고체 유전체로서는 예를 들면 산화티타늄 5 내지 50 중량％, 산화알루미늄 50 내지 95 중량％로 혼합된 금속 산화물 피막, 또는 산화지르코늄을 함유하는 금속 산화물 피막을 포함하는 것을 들 수 있다.
대향 전극 간의 거리는 고체 유전체의 두께, 인가 전압의 크기, 플라즈마를 이용할 목적 등을 고려하여 적절하게 결정되지만, 0.1 내지 50 mm, 특히 0.1 내지 5 mm로 하는 것이 바람직하다. 전극 간의 거리가 0.1 mm 미만이면 전극 간에 간극을 형성하여 설치하는 것이 곤란해지고, 한편 5 mm를 초과하면 방전 플라즈마를 균일하게 발생시키기 어려워진다. 방전이 안정하기 쉬운 0.5 내지 3 mm가 더욱 바람직하다.
상기 전극 간에는 고주파, 펄스파, 마이크로파 등의 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시키지만 펄스 전압을 인가하는 것이 바람직하고, 특히 전압의 상승 시간 및 하강 시간이 10 μs 이하, 특히 1 μs 이하의 펄스 전압을 인가하는 것이 바람직하다. 10 μs를 초과하면 방전 상태가 아크 방전으로 이행되기 쉽고 불안정한 것이 되어 펄스 전압에 의한 고밀도 플라즈마 상태를 유지하기 어려워진다.
또한, 상승 시간 및 하강 시간이 짧을수록 플라즈마 발생시 가스의 전리가 효율적으로 행해지지만 40 ns 미만의 상승 시간의 펄스 전압을 실현하는 것은 실제로는 곤란하다. 상승 시간 및 하강 시간의 보다 바람직한 범위는 50 ns 내지 5 μs이다.
또한, 상승 시간이란 전압의 절대치가 연속하여 증가하는 시간, 하강 시간이란 전압의 절대치가 연속하여 감소하는 시간을 말하는 것으로 한다.
상기 펄스 전압에 의한 전계 강도는 1 내지 1000 kV/cm, 특히 20 내지 300 kV/cm로 하는 것이 바람직하다. 전계 강도가 1 kV/cm 미만이면 막 형성 처리에 시간이 너무 걸리고 1OOO kV/cm를 초과하면 아크 방전이 발생하기 쉬워진다.
또한, 펄스 전압에 의한 전류 밀도는 10 내지 500 mA/cm2, 특히 50 내지 500 mA/cm2로 하는 것이 바람직하다.
상기 펄스 전압의 주파수는 0.5 kHz 이상인 것이 바람직하다. 0.5 kHz 미만이면 플라즈마 밀도가 낮으므로 막 형성 처리에 시간이 너무 많이 걸리기 때문이다. 상한은 특별히 한정되지 않지만 상용되고 있는 13.56 MHz, 시험적으로 사용되고 있는 500 MHz의 고주파수 대역에서도 상관없다. 부하와의 정합(整合) 용이성이나 취급성을 고려하면 500 kHz 이하로 하는 것이 바람직하다. 이러한 펄스 전압을 인가함으로써 처리 속도를 크게 향상시킬 수 있다.
상기 펄스 전압에 있어서의 1 펄스의 계속(繼續) 시간은 200 μs 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5 내지 200 μs이다. 200 μs를 초과하면 아크 방전으로 이행하기 쉽고 불안정한 상태가 되기 때문이다. 여기서, 1 펄스의 계속 시간이란 ON/OFF의 반복을 포함하는 펄스 전압에 있어서 1 펄스가 연속되는 ON 시간을 말한다.
또한, 계속 시간의 간격은 0.5 내지 1000 μs, 특히 0.5 내지 500 μs로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 공정 가스는 적어도 원료 가스(A) 및 반응 가스(B)인 2 성분의 공정 가스를 필수로 한다. 또한, H2O 가스(C)를 첨가하여 3 성분으로 하면 보다 바람직하다.
원료 가스(A)로서는 TMOS, MTMOS 등의 실리콘 함유 가스, TiCl2, Ti(O-i-C3H7)4등의 Ti계 가스, 또는 Al(CH3)3, Al(O-i-C3H7)3, Al(O-Sec-C4H9)3등의 Al계 가스 등의 금속 함유 가스를 사용할 수 있다.
또한, 반응 가스(B)로서는 O2, N2O 등의 산화성 가스, 질소, 수소를 사용할 수 있다.
이들 원료 가스(A), 반응 가스(B) 및 H2O 가스(C)는 모두 희석 가스로 희석하여 사용할 수도 있다. 특히 TMOS, MTMOS, H2O는 상온, 상압 하에서는 액체이므로, 가열 등에 의해 기화시킨 후에 희석 가스를 캐리어 가스로서 도입하는 것이 바람직하다.
희석 가스로서는 예를 들면 질소(N2) 또는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등의 희석 가스를 사용할 수 있다.
또한, 가스 생성 방식이 버블링이면 당연히 희석된다.
본 발명에 있어서, CVD법에 사용되는 공정 가스 전체 중 반응 가스(B)가 50 중량％ 이상이고, 원료 가스(A)와 H2O 가스(C)와의 중량비(원료 가스(A)/H2O 가스(C))가 1/100 내지 1/0.02인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서 희석 가스를 포함시킨 공정 가스(CVD법에 사용되는 가스; 분위기 조정용의 가스 등은 제외함)의 총량(공급 총량)은, 예를 들면 2.3 인치 웨이퍼로부터 1200 mm□의 기판을 대상으로 하는 경우 1 내지 300 SLM으로 하는 것이 바람직하다.
또한, TMP(트리메틸포스페이트: PO(OCH3)3), TEP(트리에틸포스페이트: PO(OCH2CH3)3) 등의 인 함유 가스, 또는 TMB(트리메틸보레이트: B(OCH3)3), TEB(트리에틸보레이트: B(OCH2CH3)3) 등의 붕소 함유 가스인 공정 가스(D)를 공정 가스(A)와 혼합하여 사용할 수도 있다.
TMP, TEP 등의 인 함유 가스, TMB, TEB 등의 붕소 함유 가스(D)를 혼합하면 P 도핑 실리콘 산화막, B 도핑 실리콘 산화막, B, P 도핑 실리콘 산화막 등을 형성할 수 있다. 이들 산화막은 비도핑의 실리콘 산화막과 비교하여 응력을 대폭 저감시킬 수 있기 때문에 두꺼운 막을 형성하는 경우에 매우 유효하다. 또한, 이온의 게터링 효과를 발휘하기 때문에 보호막으로서도 매우 유효하다.
본 발명에 의하면 전극 간에 있어서 직접 대기압 하에서 방전을 발생시키는 것이 가능하고, 보다 단순화된 전극 구조, 방전 순서에 의한 대기압 플라즈마 장치, 및 처리 수법으로 더욱 고속 처리를 실현할 수 있다. 또한, 인가 전계의 주파수, 전압, 전극 간격 등의 파라미터에 의해 각 박막에 관한 파라미터도 조정할 수 있다.
또한, 인가 전계의 형상 및 변조를 포함하는 주파수 제어에 의해 선택 여기가 가능하고, 특정 화합물의 막 형성 속도를 선택적으로 향상시키거나 불순물 등의 순도를 제어하는 것이 가능하다.
<도면의 간단한 설명>
도 1은 본 발명의 산화막 형성 장치의 한 실시 태양의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이고,
도 2 내지 도 10은 본 발명의 산화막 형성 장치의 다른 실시 태양의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이고,
도 11은 본 발명의 산화막 형성 장치의 실시 태양에 사용되는 방전 처리부의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이고,
도 12는 본 발명의 산화막 형성 장치의 실시 태양에 사용되는 가스 도입부의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이고,
도 13은 본 발명의 산화막 형성 장치의 분출 헤드를 모식적으로 나타낸 도면이고,
도 14는 본 발명의 산화막 형성 장치의 분출 헤드의 종단면도이고,
도 15는 아래쪽 슬릿의 다른 실시예의 종단면도이고,
도 16은 커버리지(coverage)성의 평가 방법의 설명도이고,
도 17 내지 도 21은 본 발명의 산화막 형성 장치의 다른 실시 태양의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이고,
도 22는 본 발명의 실시예 14의 막 형성 결과를 나타낸 도면으로 막 형성 속도와 방전 주파수와의 관계를 나타내는 그래프이고,
도 23은 본 발명의 비교예 5의 막 형성 결과를 나타낸 도면으로 막 형성 속도와 방전 주파수와의 관계를 나타내는 그래프이다.
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
이하, 본 발명의 산화막 형성 장치의 바람직한 실시 태양에 대하여 도면에 기초하여 설명한다.
<실시 태양 1>
도 1은 본 발명의 산화막 형성 장치의 한 실시 태양의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 나타낸 산화막 형성 장치는 2개의 방전 처리부 (1), (1), 가스 도입부 (2), 및 2 성분의 공정 가스를 공급하기 위한 공정 가스 공급원(TMOS) (3A), 2개의 공정 가스 공급원(O2) (3B), (3B) 등을 구비한다.
방전 처리부 (1), (1), 가스 도입부 (2)의 각 부분은 방전 처리부 (1), 가스 도입부 (2), 방전 처리부 (1)의 순서로 한 방향으로 상호 인접한 상태로 연달아 설치되고, 각 부분의 가스 분출구 (1b), (2b)(도 11, 도 12 참조)로부터 분출된 공정 가스는 기판 (S)의 표면 부근에서 혼합하도록 되어 있다.
방전 처리부 (1)은 도 11에 나타낸 바와 같이, 전압 인가 전극 (11)과 접지 전극 (12)를 포함하는 대향 전극 (10)을 구비하고 있다. 대향 전극 (10)은 지면에 대하여 수직 방향으로 연장되는 장척(長尺) 판상을 나타내고, 그의 길이는 가로질러 반송(搬送)되는 기판 (S)의 폭보다 크다.
대향 전극 (10)의 전압 인가 전극 (11)과 접지 전극 (12)는 소정의 간격을 두고 상호 평행하게 되도록 대향 배치되어 있고, 이들 전압 인가 전극 (11)과 접지 전극 (12) 사이에 방전 공간 (D)가 형성된다.
전압 인가 전극 (11) 및 접지 전극 (12)의 각 표면은 각각 고체 유전체(도시되지 않음)에 의해 피복된다.
대향 전극 (10)에 있어서의 방전 공간 (D)의 한 말단측에 가스 도입구 (1a)가 설치되고, 다른 말단측에 가스 분출구 (1b)가 설치되어 있으며, 그 가스 도입구 (1a)를 통해 전압 인가 전극 (11)과 접지 전극 (12) 사이에 공정 가스를 공급할 수 있다.
또한, 가스 공급 상태에서 전압 인가 전극 (11)과 접지 전극 (12) 사이에 전원 (13)으로부터 전압(펄스 전압)을 인가함으로써, 전압 인가 전극 (11)과 접지 전극 (12) 사이에 글로우 방전 플라즈마(상압 플라즈마)가 발생하여 공정 가스가 방전 처리된다.
그 방전 처리된 공정 가스는 가스 분출구 (1b)로부터 기판 (S)를 향하여 분출된다. 이 가스 분출구 (1b)는 반송되는 기판 (S)를 가로지르는 슬릿상으로 형성되어 있고 그의 길이는 대향 전극 (10)의 길이와 대략 동일하다.
또한, 도 11에 나타낸 방전 처리부 (1)에서는 2장의 전극을 포함하는 대향 전극을 설치하고 있지만 이것으로 한정되지 않고, 3장 또는 그 이상의 전극을 포함하는 대향 전극을 구비한 방전 처리부를 이용할 수도 있다.
가스 도입부 (2)는 도 12에 나타낸 바와 같이 소정의 간격을 두고 상호 평행하게 되도록 대향 배치된 한쌍의 대향 평판 (21), (22)을 구비하고 있고, 한쌍의 대향 평판 (21), (22) 사이에 가스 통과로 (20)이 형성되어 있다. 가스 통과로 (20)의 한 말단측인 입구측과 다른 말단측인 출구측이 각각 가스 도입구 (2a)와 가스 분출구 (2b)로 되어 있고, 그 가스 도입구 (2a)로부터 가스 통과로 (20) 내에 공급된 공정 가스는 가스 통과로 (20) 내에서 가스 흐름이 정비된 후에 가스 분출구 (2b)로부터 기판 (S)를 향하여 분출된다. 또한, 가스 도입부 (2)에서는 방전 처리는 행하지 않는다.
본 실시 태양에 있어서 방전 처리부 (1), (1) 및 가스 도입부 (2)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 4개의 평판형 전극 (4a), (4b), (4c), (4d)를 평행하게 대향 배치한 구성으로 되어 있고, 중앙측 2개의 전극 (4b), (4c)에는 펄스 전압이 인가되고, 외측 2개의 전극 (4a), (4d)는 접지되어 있다.
2개의 방전 처리부 (1), (1)은 한쌍의 대향 전극 (4a), (4b) 및 한쌍의 대향 전극 (4c), (4d)로 구성되고, 전극 (4a), (4b) 사이 및 전극 (4c), (4d) 사이에는 방전 공간 (D)가 구획되어 있다.
가스 도입부 (2)는 한쌍의 대향 전극 (4b), (4c)로 구성되고, 전극 (4b), (4c) 사이에는 가스 통과로 (20)이 구획되어 있다. 한쌍의 대향 전극 (4b), (4c)는 전원 (13)에 대하여 병렬로 접속되어 있기 때문에 이 전극 (4b), (4c) 사이는 비방전 공간이 되는 것이다.
본 실시 태양에 있어서 공정 가스 공급원(TMOS) (3A)는 도 3에 나타낸 바와 같이 실리콘 함유 원료 저류조 (31)에 캐리어 가스 봄베 (32)를 배관을 통해 접속한 구성으로 되어 있고, 캐리어 가스 봄베 (32)로부터 유출된 캐리어 가스를 실리콘 함유 원료 저류조 (31)에 도입하여 캐리어 가스와 동시에 기화한 실리콘 함유 가스를 공급하도록 되어 있다.
실리콘 함유 원료로서는 TEOS 또는 TMOS를, 캐리어 가스로서는 불활성 가스 중 하나인 질소(N2) 가스를 사용한다.
또한, 공정 가스 공급원(O2) (3B)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 초순수 저류조 (33)에 산소 봄베 (34)를 배관을 통해 접속한 구성으로 되어 있고, 산소 봄베 (34)로부터 유출된 산소(O2) 가스를 초순수 저류조 (33)에 도입하여, 산소(O2) 가스와 동시에 기화한 초순수(H2O)를 공급하도록 되어 있다. 또한, 초순수를 사용하지 않고 산소(O2) 가스만을 공정 가스(B)로서 분출 헤드에 공급하도록 할 수도 있다.
또한, 이 실시 태양에 있어서는 도 1에 나타낸 바와 같이, 각 방전 처리부 (1), (1)의 가스 도입구 (1a)에 각 공정 가스 공급원(O2) (3B), (3B)가 접속되고, 가스 도입부 (2)의 가스 도입구 (2a)에 공정 가스 공급원(TMOS) (3A)가 접속되어 있으며, 공정 가스 공급원 (3B), (3B)에서의 O2를 방전 처리부 (1), (1)에서 방전 처리를 행하고, 그 방전 처리한 O2와, 공정 가스 공급원 (3A)로부터 공급되어 가스 도입부 (2)를 통과한 TMOS(방전 처리 없음)를 기판 (S)의 표면 부근에서 혼합함으로써 기판 (S)의 표면에 실리콘 산화막(SiO2)을 형성한다.
이와 같이 이 실시 태양에 따르면, O2를 방전 처리한 가스에 방전 처리를 하지 않은 TMOS를 혼합하기 때문에 막질ㆍ커버리지성이 모두 양호한 실리콘 산화막을 빠른 막 형성 속도로 형성할 수 있다.
<실시 태양 2>
도 5는 본 발명의 산화막 형성 장치의 다른 실시 태양의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 5에 나타낸 산화막 형성 장치는 방전 처리부 (1), 2개의 가스 도입부 (2), (2), 및 3 성분의 공정 가스를 공급하기 위한 공정 가스 공급원(TMOS) (3A), 공정 가스 공급원(O2) (3B), 공정 가스 공급원(H2O) (3C) 등을 구비하고 있다.
방전 처리부 (1), 가스 도입부 (2), (2)의 각 부분은, 방전 처리부 (1), 가스 도입부 (2), 가스 도입부 (2)의 순서로 한 방향으로 상호 인접한 상태로 연달아 설치되어 있고, 각 부분의 가스 분출구 (1b), (2b)(도 11, 도 12 참조)로부터 분출된 공정 가스는 기판 (S)의 표면 부근에서 혼합하도록 되어 있다.
방전 처리부 (1) 및 가스 도입부 (2)에는 상기 실시 태양 1과 동일하게 도 11 및 도 12에 나타낸 구조를 사용한다.
또한, 이 실시 태양에 있어서는 도 5에 나타낸 바와 같이, 방전 처리부 (1)의 가스 도입구 (1a)에 공정 가스 공급원(O2) (3B)가 접속되고, 각 가스 도입부 (2), (2)의 가스 도입구 (2a)에 각각 공정 가스 공급원(TMOS) (3A) 및 공정 가스 공급원(H2O) (3C)가 접속되어 있으며, 공정 가스 공급원 (3B)로부터의 O2를 방전 처리부 (1)에서 방전 처리를 행하고, 그 방전 처리한 O2와, 공정 가스 공급원 (3A), (3C)로부터 공급되어 각 가스 도입부 (2)를 통과한 TMOS 및 H2O(어느 것도 방전 처리 없음)를 기판 (S)의 표면 부근에서 혼합하기 때문에 막질·커버리지성이 모두 양호한 실리콘 산화막을 빠른 막 형성 속도로 형성할 수 있다.
<실시 태양 3>
도 6은 본 발명의 산화막 형성 장치의 다른 실시 태양의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 6에 나타낸 산화막 형성 장치는 2개의 방전 처리부 (1), (1), 가스 도입부 (2) 및 3 성분의 공정 가스를 공급하기 위한 공정 가스 공급원(TMOS) (3A), 공정 가스 공급원(O2) (3B), 공정 가스 공급원(H2O) (3C) 등을 구비하고 있다.
방전 처리부 (1), (1) 및 가스 도입부 (2)의 각 부분은 방전 처리부 (1), 가스 도입부 (2), 방전 처리부 (1)의 순서로 한 방향으로 상호 인접한 상태로 연달아 설치되어 있고, 각 부분의 가스 분출구 (1b), (2b)(도 11, 도 12 참조)로부터 분출된 공정 가스는 기판 (S)의 표면 부근에서 혼합하도록 되어 있다.
방전 처리부 (1) 및 가스 도입부 (2)에는 상기 실시 태양 1과 동일하게 도 11 및 도 12에 나타낸 구조를 사용한다.
또한, 이 실시 태양에 있어서는, 각 방전 처리부 (1), (1)의 가스 도입구 (1a)에 각각 공정 가스 공급원(O2) (3B) 및 공정 가스 공급원(H2O) (3C)가 접속되고, 가스 도입부 (2)의 가스 도입구 (2a)에 공정 가스 공급원(TMOS) (3A)가 접속되어 있으며, 각 공정 가스 공급원 (3B), (3C)로부터의 O2와 H2O를 각각 개별 방전 처리부 (1), (1)에서 방전 처리를 행하고, 이들 방전 처리한 O2및 H2O와, 공정 가스 공급원 (3A)로부터 공급되어 가스 도입부 (2)를 통과한 TMOS(방전 처리하지 않음)를 기판 (S)의 표면 부근에서 혼합함으로써 기판 (S)의 표면에 실리콘 산화막(SiO2)을 형성한다.
이와 같이 이 실시 태양에 따르면, O2와 H2O를 각각 방전 처리하고, 이들 방전 처리한 가스에 방전 처리를 하지 않은 TMOS를 혼합하기 때문에 막질ㆍ커버리지성이 모두 양호한 실리콘 산화막을 빠른 막 형성 속도로 형성할 수 있다.
<실시 태양 4>
도 7은 본 발명의 산화막 형성 장치의 다른 실시 태양의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 7에 나타낸 산화막 형성 장치는 방전 처리부 (1), 가스 도입부 (2), 공정 가스(TMOS)를 공급하는 공정 가스 공급원 (3A) 및 2 성분의 공정 가스를 혼합한 혼합 가스(O2+H2O)를 공급하는 혼합 가스 공급원 (3BC) 등을 구비하고 있다.
방전 처리부 (1)과 가스 도입부 (2)는 한 방향으로 상호 인접한 상태로 연달아 설치되어 있고 각 부분의 가스 분출구 (1b), (2b)(도 11, 도 12 참조)로부터 분출된 공정 가스는 기판 (S)의 표면 부근에서 혼합하도록 되어 있다.
방전 처리부 (1) 및 가스 도입부 (2)에는 상기 실시 태양 1과 동일하게 도 11 및 도 12에 나타낸 구조를 사용한다.
또한, 이 실시 태양에 있어서는 방전 처리부 (1)의 가스 도입구 (1a)에 혼합 가스 공급원 (3BC)가 접속되고, 가스 도입부 (2)의 가스 도입구 (2a)에 공정 가스 공급원 (3A)가 접속되어 있으며, 혼합 가스 공급원 (3BC)로부터의 혼합 가스(O2+H2O)를 방전 처리부 (1)에서 방전 처리를 행하고, 그 방전 처리한 혼합 가스(O2+H2O)와 공정 가스 공급원 (3A)로부터 공급되어 가스 도입부 (2)를 통과한 TMOS(방전 처리 없음)를 기판 (S)의 표면 부근에서 혼합함으로써 기판 (S)의 표면에 실리콘 산화막(SiO2)을 형성하다.
이와 같이 이 실시 태양에 따르면, O2와 H2O의 혼합 가스를 방전 처리하고, 그 방전 처리한 혼합 가스에 방전 처리를 하지 않은 TMOS를 혼합하기 때문에 막질ㆍ커버리지성이 모두 양호한 실리콘 산화막을 빠른 막 형성 속도로 형성할 수 있다. 또한, 가스 도입부는 1개이면 되므로, 비용을 억제할 수 있다.
<실시 태양 5>
도 8은 본 발명의 산화막 형성 장치의 다른 실시 태양의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 8에 나타낸 산화막 형성 장치는 방전 처리부 (1), 가스 도입부 (2), 공정 가스(O2)를 공급하는 공정 가스 공급원 (3B), 공정 가스 공급원(TMOS) (3A) 및 공정 가스 공급원(H2O) (3C)를 구비하고 있다. 또한, TMOS와 H2O는 반응성이 매우 높기 때문에 공정 가스 공급원 (3A) 및 공정 가스 공급원 (3C)로부터 각각 공급된 TMOS와 H2O를 가스 도입부 (2)의 직전에서 혼합하여 그 혼합 가스(TMOS+H2O)를 가스 도입부 (2)에 공급한다.
방전 처리부 (1)과 가스 도입부 (2)는 한 방향으로 상호 인접한 상태에서 연달아 설치되어 있고, 각 부분의 가스 분출구 (1b), (2b)(도 11, 도 12 참조)로부터 분출된 공정 가스는 기판 (S)의 표면 부근에서 혼합하도록 되어 있다.
방전 처리부 (1) 및 가스 도입부 (2)에는 상기 실시 태양 1과 동일하게 도 11 및 도 12에 나타낸 구조를 사용한다.
또한, 이 실시 태양에 있어서는 방전 처리부 (1)의 가스 도입구 (1a)에 공정가스 공급원 (3B)가 접속되고, 가스 도입부 (2)의 가스 도입구 (2a)에 공정 가스 공급원 (3A) 및 공정 가스 공급원 (3C)가 접속되어 있으며, 공정 가스 공급원 (3B)로부터의 O2를 방전 처리부 (1)에서 방전 처리를 행하고, 그 방전 처리한 O2와, 공정 가스 공급원 (3A) 및 공정 가스 공급원 (3C)로부터 공급되어 가스 도입부 (2)를 통과한 혼합 가스(TMOS+H2O: 방전 처리 없음)를 기판 (S)의 표면 부근에서 혼합함으로써 기판 (S)의 표면에 실리콘 산화막(SiO2)을 형성한다.
이와 같이 이 실시 태양에 따르면, 방전 처리를 행한 02에 방전 처리를 하지 않은 혼합 가스(TMOS+H2O)를 혼합하기 때문에 막질ㆍ커버리지성이 모두 양호한 실리콘 산화막을 빠른 막 형성 속도로 형성할 수 있다.
<실시 태양 6>
도 9는 본 발명의 산화막 형성 장치의 다른 실시 태양의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 9에 나타낸 산화막 형성 장치는 2개의 방전 처리부 (1), (1), 가스 도입부 (2), 공정 가스(TMOS)를 공급하는 공정 가스 공급원 (3A) 및 혼합 가스(O2+H2O)를 공급하는 2개의 혼합 가스 공급원 (3BC), (3BC) 등을 구비하고 있다.
방전 처리부 (1), (1) 및 가스 도입부 (2)의 각 부분은 방전 처리부 (1), 가스 도입부 (2), 방전 처리부 (1)의 순서로 한 방향으로 상호 인접한 상태로 연달아 설치되어 있고, 각 부분의 가스 분출구 (1b), (2b)(도 11, 도 12 참조)로부터 분출된 공정 가스는 기판 (S)의 표면 부근에서 혼합하도록 되어 있다.
방전 처리부 (1) 및 가스 도입부 (2)에는 상기 실시 태양 1과 동일하게 도 11 및 도 12에 나타낸 구조를 사용한다.
또한, 이 실시 태양에 있어서는, 각 방전 처리부 (1), (1)의 가스 도입구 (1a)에 각각 혼합 가스 공급원 (3BC), (3BC)가 접속되고, 가스 도입부 (2)의 가스 도입구 (2a)에 공정 가스 공급원(TMOS) (3A)가 접속되어 있으며, 각 혼합 가스 공급원 (3BC), (3BC)로부터의 혼합 가스(O2+H2O)를 각각 개별 방전 처리부 (1), (1)에서 방전 처리를 행하고, 이들 방전 처리한 혼합 가스(O2+H2O)와, 공정 가스 공급원 (3A)로부터 공급되어 가스 도입부 (2)를 통과한 TMOS(방전 처리 없음)를 기판 (S)의 표면 부근에서 혼합함으로써 기판 (S)의 표면에 실리콘 산화막(SiO2)을 형성한다.
이와 같이 이 실시 태양에 따르면, O2와 H2O의 혼합 가스(2계통)을 각각 개별로 방전 처리하고, 이들 방전 처리한 혼합 가스에, 방전 처리를 하지 않은 TMOS를 혼합하기 때문에 막질ㆍ커버리지성이 모두 양호한 실리콘 산화막을 빠른 막 형성 속도로 형성할 수 있다.
여기서 이상의 각 실시 태양에 있어서는, 기판 (S)를 각 도면의 좌우 방향(가스 도입부의 가스 통과로와 직교하는 방향)으로 반송하면서 CVD 처리를 행한다.
또한, 이상의 각 실시 태양에서는 공정 가스(원료 가스)로서 TMOS를 이용하고 있지만 이것 대신에 MTMOS를 이용하더라도 동등한 효과를 얻을 수 있다. 또한,공정 가스(반응 가스)인 O2대신에 N2O를 이용하더라도 동등한 효과를 얻을 수 있다.
<실시 태양 7>
도 10은 본 발명의 산화막 형성 장치의 다른 실시 태양의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 10에 나타낸 산화막 형성 장치는, 도 5에 나타낸 산화막 형성 장치의 구성에 부가하여 공정 가스(TMP)를 공급하는 공정 가스 공급원 (3D)를 더 구비하고 있다. 공정 가스 공급원 (3A)로부터 공급된 TMOS와 공정 가스 공급원 (3D)로부터 공급된 TMP를 가스 도입부 (2)보다 앞에서 혼합하고, 그 혼합 가스(TMOS+TMP)를 가스 도입부 (2)에 공급한다.
이 실시 태양에 따르면, TMP를 TMOS에 혼합하기 때문에 P가 도핑된 실리콘 산화막을 형성할 수 있다. 또한, 이 P 도핑 실리콘 산화막은, 비도핑 실리콘 산화막과 동일하게 막질ㆍ커버리지성이 모두 양호하다.
또한, 이 실시 태양에서는 도 5에 나타낸 산화막 형성 장치의 구성에 부가하여 TMP를 공급하는 공정 가스 공급원 (3D)를 더 구비하고 있지만, 도 6 내지 도 9에 나타낸 산화막 형성 장치의 구성에 TMP를 공급하는 공정 가스 공급원 (3D)를 구비하도록 할 수도 있다.
또한, 공정 가스(D)로서, TMP 이외에 TEP, TMB, TEB를 사용할 수도 있다.
<실시 태양 8>
도 17은 본 발명의 산화막 형성 장치의 다른 실시 태양의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 17에 나타낸 산화막 형성 장치는 전압 인가 전극 (11)과 접지 전극 (12)를 포함하는 대향 전극 (10), 대향 평판 (21), 전원 (13), 반응 가스 공급원 (3F), 금속 함유 가스 공급원 (3E) 및 배기 기구 (6) 등을 구비하고 있다.
대향 전극 (10)의 전압 인가 전극 (11)과 접지 전극 (12)는 소정의 간격을 두고 상호 평행하게 되도록 대향 배치되고, 이들 한쌍의 전극 (11), (12) 사이에 플라즈마 공간 (P)가 형성된다. 전압 인가 전극 (11) 및 접지 전극 (12)의 각 표면은 각각 고체 유전체(도시하지 않음)에 의해 피복되어 있다.
대향 전극 (10)에는 가스 도입구 (1a)와 가스 흡출구 (1b)가 설치된다. 가스 도입구 (1a)에는 반응 가스 공급원 (3F)가 접속되어 있고, 전압 인가 전극 (11)과 접지 전극 (12) 사이에 반응 가스를 공급할 수 있다. 또한, 대향 전극 (10)을 구성하는 전압 인가 전극 (11) 및 접지 전극 (12)는 장방형의 평판 전극이고, 가스 흡출구 (1b)의 형상은 지면 깊이 방향으로 가늘고 긴 장방형으로 되어 있다.
대향 평판 (21)은 대향 전극 (10)의 접지 전극 (12) 옆에 설치된다. 대향 평판 (21)은 접지 전극 (12)에 대하여 소정의 간격을 두고 대향한 상태로 배치되어 있고, 이 대향 평판 (21)과 접지 전극 (12) 사이에 가스 통과로 (20)이 형성되어 있다. 가스 통과로 (20)에는 금속 함유 가스 공급원 (3E)로부터의 금속 함유 가스가 공급되고, 공급된 금속 함유 가스는 가스 흡출구 (1b)로부터 흡출되는 플라즈마 공간 (P) 통과 후의 반응 가스와 합류하도록 되어 있다.
대향 평판 (21)은 대향 전극 (10)의 전압 인가 전극 (11) 및 접지 전극 (12)와 동일한 형상(장방형)ㆍ치수의 평판이고, 가스 통과로 (20)의 출구 형상은 대향 전극 (10)의 가스 흡출구 (1b)와 동일하게 지면 깊이 방향으로 가늘고 긴 장방형으로 되어 있다. 또한, 평행 평판 (21)은 금속제 또는 절연 재료제 중 어느 것일 수도 있다.
배기 기구 (6)은 대향 전극 (10)의 전압 인가 전극 (11) 옆에 배치되어 있고, 대향 전극 (10) 및 대향 평판 (21)과 기판 (S) 사이의 가스를 동일한 방향(도 1 중 좌측)으로 강제적으로 배기시킨다. 배기 기구 (6)에는, 예를 들면 블로워(blower) 등이 이용된다.
또한, 이상의 구조의 산화막 형성 장치에 있어서, 대향 전극 (10)의 가스 흡출구 (1b) 및 가스 통과로 (20)의 출구와 대향하는 위치에 기판 (S)를 두고, 계속해서 배기 기구 (6)에 의해 대향 전극 (10) 및 대향 평판 (21)과 기판 (S) 사이를 한 방향으로 강제적으로 배기하며, 가스 통과로 (20)에 금속 함유 가스 공급원 (3E)로부터의 금속 함유 가스(예를 들면 TMOS, TEOS 등)를 공급함과 동시에, 전압 인가 전극 (11)과 접지 전극 (12) 사이에 반응 가스 공급원 (3F)로부터 반응 가스(예를 들면 O2등)를 공급한다. 이 상태에서 전압 인가 전극 (11)과 접지 전극 (12) 사이에 전원 (13)으로부터의 전계(펄스 전계)를 인가하여 전압 인가 전극 (11)과 접지 전극 (12) 사이에 플라즈마 공간 (P)를 발생시켜, 반응 가스를 플라즈마 여기한다. 이 플라즈마 공간 (P)를 통과한 반응 가스(여기 상태) 및 가스 통과로 (20)을 통과한 금속 함유 가스는 기판 (S)를 향해 흡출된다. 여기서, 이 실시 태양에서는 배기 기구 (6)에 의해 한 방향으로 강제 배기를 행하고 있기 때문에, 플라즈마 공간 (P)를 통과한 반응 가스와 가스 통과로 (20)으로부터 흡출된 금속 함유 가스와의 합류 가스는, 균일하게 혼합된 상태에서 기판 (S)의 피처리면에 대략 평행인 가스 흐름이 되어 배기 기구 (6)의 배치측(도 17 중 좌측)을 향하여 한 방향으로 흐른다.
이와 같이 이 실시 태양에 따르면, 플라즈마 공간 (P)를 통과함으로써 활성종이 된 반응 가스에 금속 함유 가스를 합류시키고 이 활성종과 금속 함유 가스가 접촉함으로써 반응하여 막 형성이 행해지기 때문에, 금속 함유 가스가 막 형성 반응에 효율적으로 사용되고 전극 부착물이나 불순물의 발생을 막을 수 있다. 따라서, 금속 함유 박막의 막 형성 속도를 산업상 이용 가능한 속도까지 높일 수 있으며 게다가 유지·보수 간격을 길게 할 수 있다.
또한, 도 17에 나타낸 산화막 형성 장치에서는, 방전 공간 (P)와 금속 함유 가스의 가스 통과로 (20)을 평행하면서 또한 기판 (S)의 피처리면에 수직으로 배치하였지만 이 구조로 한정되지 않고, 예를 들면 방전 공간 (P)와 금속 함유 가스의 가스 통과로 (20)이 각도를 가지고 합류하도록 되어 있거나, 합류 가스가 기판 (S)의 피처리면에 대하여 비스듬하게 분무되는 것과 같은 구조를 채용할 수도 있다.
<실시 태양 9>
도 18은 본 발명의 산화막 형성 장치의 다른 실시 태양의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.
이 실시 태양에서는, 도 17의 구성에 부가하여 대향 평판 (23) 옆에도 배기 기구 (6)을 배치함과 동시에, 대향 평판 (23)의 하부를 기판 (S) 근방까지 연장시켜, 대향 전극 (10)의 전압 인가 전극 (11)측의 배기 기구 (6)에 의한 배기 컨덕턴스에 대하여 대향 평판 (23)측의 배기 기구 (6)에 의한 배기 컨덕턴스를 작게(예를 들면 1/4 정도) 한 것에 특징이 있다. 이 이외의 구성은 도 17의 실시 태양과 동일하다.
이 도 18의 실시 태양에 따르면, 대향 전극 (10)의 전압 인가 전극 (11)측의 배기 컨덕턴스와 대향 평판 (23)측의 배기 컨덕턴스를 제어하고 있기 때문에, 가스 통과로 (20)에 도입한 금속 함유 가스의 거의 전량을 한 방향(도 18 중 좌측)으로 흐르게 할 수 있다. 즉, 금속 함유 가스와 반응 가스의 도입 유량의 합계 유량과 기판 (S)에 대략 평행하게 흐르는 가스 흐름의 유량을 대략 동량으로 할 수 있다. 또한, 외부로부터의 가스의 혼입이 없기 때문에 특히 불순물의 혼입을 꺼리는 경우의 막 형성 처리에 적합하다.
<실시 태양 10>
도 19는 본 발명의 산화막 형성 장치의 다른 실시 태양의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 19에 나타낸 산화막 형성 장치는 전압 인가 전극 (11), (11)과 접지 전극 (12), (12)를 포함하는 2조의 대향 전극 (10), (10), 전원 (13), (13), 반응 가스 공급원 (3F), (3F), 금속 함유 가스 공급원 (3E) 및 배기 기구 (6), (6) 등을 구비하고 있다.
각 대향 전극 (10), (10)의 전압 인가 전극 (11), (11)과 접지 전극 (12), (12)는 소정의 간격을 두고 상호 평행하게 되도록 대향 배치된다. 각 전압 인가 전극 (11), (11)과 각 접지 전극 (12), (12)의 각 표면은 각각 고체 유전체(도시하지 않음)에 의해 피복되어 있다.
대향 전극 (10)의 전압 인가 전극 (11)과 접지 전극 (12) 사이(플라즈마 공간 (P1))에는 반응 가스 공급원 (3F)로부터의 반응 가스가 공급된다. 또한, 대향 전극 (10)의 전압 인가 전극 (11)과 접지 전극 (12) 사이(플라즈마 공간 (P2))에는 반응 가스 공급원 (3F)로부터의 반응 가스가 공급된다.
대향 전극 (10)과 대향 전극 (10)은 전압 인가 전극 (11), (11)과 접지 전극 (12), (12)의 배치가 좌우 대칭인 구조(접지 전극 (12), (12)가 내측)로 되어 있다. 또한, 대향 전극 (10)의 접지 전극 (12)와 대향 전극 (10)의 접지 전극 (12)는 소정의 간격을 두고 대향 상태로 배치되어 있으며, 이들 2장의 접지 전극 (12), (12)의 사이에 가스 통과로 (20)이 형성되어 있다. 가스 통과로 (20)에는 금속 함유 가스 공급원 (3E)로부터의 금속 함유 가스가 공급된다.
배기 기구 (6), (6)은 2조의 대향 전극 (10), (10)을 사이에 끼운 양측에 각각이 가스 통과로 (20)의 중심축에 관하여 선대칭이 되는 위치로 배치되어 있으며, 대향 전극 (10)측(도 19 중 좌측)의 배기 컨덕턴스와 대향 전극 (10)측(도 19 중 우측)의 배기 컨덕턴스가 동일해지도록 구성되어 있다. 각 배기 기구 (6), (6)에는, 예를 들면 블로워 등이 사용된다.
또한, 이상의 구조의 산화막 형성 장치에 있어서, 2조의 대향 전극 (10),(10)의 선단(흡출구)과 대향하는 위치에 기판 (S)를 두고, 이어서 2대의 배기 기구 (6), (6)에 의한 강제 배기를 행하고, 또한, 가스 통과로 (20)에 금속 함유 가스 공급원 (3E)로부터의 금속 함유 가스(예를 들면 TMOS, TEOS 등)를 공급함과 동시에 대향 전극 (10)의 전압 인가 전극 (11)과 접지 전극 (12) 사이 및 대향 전극 (10)의 전압 인가 전극 (11)과 접지 전극 (12) 사이에 각각 반응 가스 공급원 (3F), (3F)로부터 반응 가스(예를 들면 O2등)를 공급한다.
이 상태에서 각 대향 전극 (10), (10)에 각각 전원 (13), (13)으로부터의 전계(펄스 전계)를 인가하여 전압 인가 전극 (11)과 접지 전극 (12) 사이 및 전압 인가 전극 (11)과 접지 전극 (12) 사이에 플라즈마 공간 (P1), (P2)를 발생시켜 각 반응 가스를 플라즈마 여기한다. 그 각 플라즈마 공간 (P1), (P2)를 통과한 반응 가스(여기 상태) 및 가스 통과로 (20)을 통과한 금속 함유 가스는 각 흡출구로부터 기판 (S)를 향하여 흡출된다. 여기서, 이 실시 태양에서는 장치 구성 및 배기 컨덕턴스를 좌우 대칭으로 하고 있으므로, 플라즈마 공간 (P1) 및 (P2)를 통과하고, 가스 흡출구 (1b), (1b)로부터 흡출된 각 반응 가스의 각각의 가스 흐름에 대하여 가스 통과로 (20)으로부터 흡출된 분류 가스(금속 함유 가스의 분류 가스)의 흐름이 혼합되어, 기판 (S)의 피처리면에 대하여 대략 평행한 가스 흐름을 형성한다. 나아가 플라즈마 공간 (P1)을 통과한 반응 가스와 가스 금속 함유 가스의 혼합 흐름(도 19 중 좌측으로의 가스 흐름), 및 플라즈마 공간 (P2)를 통과한 반응 가스와 가스 금속 함유 가스의 혼합 흐름(도 19 중 우측으로의 가스 흐름)은 등가의 상태가 되기 때문에 높은 막 형성 속도를 안정적으로 얻을 수 있다.
또한, 도 19에 나타낸 구조에서는 2대의 배기 기구 (6), (6)에 의해 강제 배기를 행하고 있지만, 각 대향 전극 (10), (10)에 도입하는 반응 가스의 가스 유량을 동일하게 하면 강제 배기의 유무 및 가스 통과로 (20)에 도입하는 금속 함유 가스의 가스 유량에 상관없이 플라즈마 공간 (P1)을 통과한 반응 가스와 가스 금속 함유 가스의 혼합 흐름(도 19 중 좌측으로의 가스 흐름), 및 플라즈마 공간 (P2)를 통과한 반응 가스와 가스 금속 함유 가스의 혼합 흐름(도 19 중 우측으로의 가스 흐름)과의 등가 상태를 실현할 수 있다.
<실시 태양 11>
도 20은 본 발명의 산화막 형성 장치의 다른 실시 태양의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.
이 실시 태양에서는 도 19의 구성에 부가하여 대향 전극 (10), (10)의 하단(가스 흡출측)에 가스 정류판 (51)을 설치한 점에 특징이 있다.
이와 같이 가스 정류판 (51)을 설치하면 반응 가스와 금속 함유 가스의 합류 가스의 혼합 균일성 및 방향성이 향상되고 가스 흐름의 흐트러짐도 감소시킬 수 있으므로 금속 함유 박막의 막질 및 막 형성 속도를 한층 더 높일 수 있다. 또한, 이러한 가스 정류판을 설치하는 경우 가스 정류판 (51)로서 세라믹 다공판을 사용하고 그 다공판 표면에서 N2가스를 흡출함으로써 가스 정류판 (51)에의 막 부착을 방지하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 산화막 형성 방법 및 장치의 실시예에 대하여 비교예와 함께 설명한다.
<실시예 1 내지 3>
[장치 구성]
우선, 실시예 1 내지 3에 사용하는 산화막 형성 장치는 도 1에 나타낸 구조의 구체적인 예이며, 그 분출 헤드는 도 13에 나타낸 바와 같이 방전 처리부 (1), 가스 도입부 (2) 및 방전 처리부 (1)이 이 순서대로 한 방향으로 상호 인접한 상태로 연달아 설치되어 있다. 2개의 방전 처리부 (1), (1)에는 가스 유동 방향의 상류측에 각각 가스 정류부 (5A) 및 (5C)가 접속되어 있다. 또한, 중앙의 가스 도입부 (2)에는 가스 정류부 (5B)가 접속되어 있다. 또한, 각 방전 처리부 (1), (1)측(도면 중 좌측 및 우측)에 각각 배기 기구 (6), (6)이 배치되어 있다.
기판 장착부 (7)은 한 방향으로 또는 양 방향으로 이동하기 때문에, 기판 장착부 (7)에 장착된 기판 (S)는 편도 반송 또는 왕복 반송되도록 되어 있다. 또한, 방전 처리부 (1), (1)의 하단은 기판 (S)에 근접하도록 배치되어 있고, 방전 처리부 (1), (1)과 기판 표면과의 거리는 0.5 내지 30 mm로 설정된다. 0.5 mm 미만으로 하면 기판 반송시 방전 처리부 (1), (1)에 접촉할 우려가 있고, 30 mm를 초과하면 상압 플라즈마가 흩어져 막 형성 효율이 대폭적으로 저하된다. 특히 2 내지 10 mm로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 분출 헤드에 대하여 더욱 구체적으로 설명하면, 도 14에 나타낸 바와같이 공급되는 가스의 압력 분포를 균일화하는 가스 정류부 (5A), (5B), (5C), 세라믹 등의 절연체를 포함하는 위쪽 슬릿 (8), 방전 처리부 (1), 가스 도입부 (2) 및 세라믹 등의 절연체를 포함하는 아래쪽 슬릿 (9)로 구성되며 분출 헤드 주위에는 배기 기구 (6), (6)의 배기 노즐 (6a), (6a)가 부설되어 있다.
분출 헤드로 공급되는 실리콘 함유 가스는 도 14에 나타낸 바와 같이 가스 정류부 (5B), 위쪽 슬릿 (8)의 유통로 (8b)를 유통하여, 가스 도입부 (2)의 가스 통과로 (20)에 도입된다. 또한, 아래쪽 슬릿 (9)의 유출로 (9b)를 통과하여 분출구 (2b)로부터 기판 (S)를 향하여 분출된다.
분출 헤드로 공급되는 산소(O2) 가스는 도 14에 나타낸 바와 같이 가스 정류부 (5A), (5C), 위쪽 슬릿 (8)의 유통로 (8a), (8c)를 유통하여, 방전 처리부 (1), (1)의 방전 공간 (D), (D)로 도입된다. 또한, 방전 공간 (D), (D)에서 고주파 펄스 전압이 인가됨으로써 글로우 방전에 의한 상압 플라즈마가 발생하고, 여기 상태의 산소(O2) 가스가 아래쪽 슬릿 (9)의 유출로 (9a), (9c)를 통과하여 분출구 (1b), (1b)로부터 기판 (S)를 향하여 분출된다.
또한, 기판 (S)는 기판 장착부 (7)에 장착되며 분출구 (1b), (2b), (1b)(다시 말하면 4장의 전극 (4a), (4b), (4c), (4d))를 가로질러 반송되도록 되어 있다.
분출구 (2b)로부터 분출된 실리콘 함유 가스와 분출구 (1b), (1b)로부터 분출된 여기 상태의 산소(O2) 가스가 기판 (S)의 표면 부근에서 혼합, 반응함으로써 기판 (S) 표면에 실리콘 산화막(SiO2)이 형성된다.
여기서, 실리콘 산화막의 두께가 불충분한 경우에는 기판 (S)를 왕복 반송하도록 하면 된다. 또한, 기판 (S)의 폭이 분출 헤드의 폭보다 큰 경우에는 분출 헤드가 기판 (S)를 스캔하도록 할 수도 있다.
한편, 막 형성 처리 후의 혼합 가스는 배기 기구 (6), (6)의 배기 노즐 (6a), (6a) 내에 흡입되어 적절하게 배출된다.
여기서, 아래쪽 슬릿 (9)의 유출로 (9a), (9b), (9c)는 대략 평행해지도록 형성되어 있지만 도 15에 나타낸 아래쪽 슬릿 (19)와 같이 양쪽의 유출로 (19a), (19c)를 중앙의 유출로 (19b)에 대하여 안쪽으로 경사지도록 형성할 수도 있다. 이렇게 하면 기판 (S)의 표면 부근에서 실리콘 함유 가스와 산소(02) 가스가 보다 효율적으로 혼합, 반응하므로 실리콘 산화막(SiO2)의 막 형성 속도를 빠르게 할 수 있다.
또한, 아래쪽 슬릿에 있어서 유출로의 개구부 형태는 슬릿상인 것으로 한정되지 않으며, 둥근 구멍, 각진 구멍 등의 개구를 직선 상에 복수개 형성한 것일 수도 있다.
상기와 같은 산화막 형성 장치를 사용하여 이하와 같은 처리 조건, 공정 가스에 의해 실리콘 산화막을 형성하였다. 가스 유량은 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.
[처리 조건]
ㆍ분위기 압력 95 kPa
ㆍ기판의 가열 온도 350 ℃
반송 속도 80 mm/분
ㆍ인가 전압 Vpp14.0 kV
ㆍ펄스 주파수 20 kHz
[공정 가스]
ㆍ가스 정류부 (5A) O2+O3
ㆍ가스 정류부 (5B) TEOS+N2
ㆍ가스 정류부 (5C) O2+O3
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
흡출 가스 가스 A O2+O35ℓ/min O2+O310ℓ/min O2+O35ℓ/min N25ℓ/min N25ℓ/min
O378g/min O378g/min O378g/min TEOS0.1g/min TEOS0.1g/min
가스 B N210ℓ/min N210ℓ/min N25ℓ/min O2+O35ℓ/min O2+O310ℓ/min
TEOS0.2g/min TEOS0.2g/min TEOS0.2g/min O378g/min O378g/min
가스 C O2+O35ℓ/min O2+O310ℓ/min O2+O35ℓ/min N25ℓ/min N25ℓ/min
O378g/min O378g/min O378g/min TEOS0.1g/min TEOS0.1g/min
막 형성결과 막 형성속도 Å/min 681.7 554.5 809.8 116.2 99.5
<비교예 1, 2>
실시예 1과 동일한 산화막 형성 장치를 사용하며 공정 가스의 공급 부분을변경한 것 이외에는, 실시예 1 내지 3과 동일한 처리 조건으로 실리콘 산화막을 형성하였다. 가스 유량은 표 1에 나타낸 바와 같다.
[공정 가스]
가스 정류부 (12a) TEOS+N2
가스 정류부 (12b) O2+O3
가스 정류부 (12c) TEOS+N2
실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2에 있어서, 실리콘 산화막을 형성했을 때의 막 형성 속도는 표 1에 나타낸 바와 같았다.
표 1을 참조하면 본 발명의 산화막 형성 방법에 의하면 막 형성 속도가 매우 빨라지는 것을 알 수 있다.
<실시예 4>
[장치 구성]
실시예 4에 사용하는 산화막 형성 장치는 도 9에 나타낸 구조의 구체적인 예이며, 도 13에 나타낸 바와 같이 방전 처리부 (1), 가스 도입부 (2) 및 방전 처리부 (1)이 이 순서대로 한 방향으로 상호 인접한 상태로 연달아 설치되어 있다. 그 밖의 구성은 실시예 1에서 설명한 바와 같다.
[처리 조건]
ㆍ기판: Si 웨이퍼(8 인치, 알루미늄 배선 형성품), 기판 장착부 (7)에 세팅한 상태로 반송
ㆍ기판 온도: 350 ℃
ㆍ가스류 조건
처리 분위기: 대기압
가스 정류부 (5A): O2=10 SLM, H2O=0.5 g/분, H2O의 캐리어 가스로서의 N2=2 SLM
가스 정류부 (5B): TMOS=0.2 g/분, TMOS의 캐리어 가스로서의 N2=1O SLM
가스 정류부 (5C): O2=10 SLM, H2O=0.5 g/분, H2O의 캐리어 가스로서의 N2=2 SLM
ㆍ방전 조건: 펄스 주파수=10 kHz, 인가 전압 Vpp=20 kV
ㆍ기판-방전 처리부 간의 거리=4 mm
ㆍ기판의 반송 속도: 200 mm/분
이상의 장치 구성ㆍ조건으로 기판 (S)의 표면에 막 형성을 행했더니 1800 Å/분의 막 형성 속도로 SiO2막을 얻을 수 있었다. 또한, 막 형성 처리 후의 커버리지성 및 막질을 하기의 방법으로 평가하였다. 그 평가 결과(막 형성 속도를 포함함) 및 처리 조건을 하기 표 2에 나타낸다.
실시예 4에서는 커버리지성(커버리지=1)이 우수하고, 막 두께도 양호(내압= 4.8 MV/cm)하다는 것을 알았다.
[커버리지성의 평가]
도 16에 나타낸 바와 같이 알루미늄 배선 (W)로부터 떨어진 부분의 x점의 막 두께(SiO2의 막 두께) 및 2개의 알루미늄 배선 (W), (W) 사이의 y점의 막 두께를 각각 계측하고, 이들 막 두께의 비([y점의 막 두께]/[x점의 막 두께])를 구하여 평가하였다.
[막질의 평가]
내압(1×10-7A/cm2)이 되는 전계 강도를 계측하고 그 계측 결과로부터 평가하였다. 전계 강도=3 MV/cm 이상을 양호하다고 평가하였다.
<비교예 3>
표 2에 나타낸 바와 같이 H2O를 첨가하지 않은 것 이외에는, 실시예 4와 동일하게 하여 기판 (S)의 표면에 SiO2막을 형성했더니 막 형성 속도가 1900 Å/분으로 대략 동등하였다. 또한, 막 형성 처리 후의 커버리지성 및 막질을 실시예 4와 동일한 방법으로 평가하였다. 그 평가 결과(막 형성 속도를 포함함)를 표 2에 나타낸다.
비교예 3에서는 커버리지성(커버리지=1)이 양호하고 막 형성 속도도 실시예 4(H2O 첨가)의 경우와 대략 동등했지만 내압이 낮았다(2.1 MV/cm).
그러나, TEOS/O3계의 상압 열 CVD법에 의해 실시예 4와 대략 동일한 처리 조건으로 기판 (S)의 표면에 SiO2막을 형성했더니 막 형성 속도가 1000 Å/분이고, 내압은 1.7 MV/cm였다.
따라서, 실시예 4 및 비교예 3 모두 TEOS/O3계의 상압 열 CVD법과 비교하면 막질, 막 형성 속도 모두 현저하게 향상되는 것을 알 수 있었다.
<실시예 5>
표 2에 나타낸 바와 같이 실시예 4에 대하여 H2O의 첨가량을 0.05 g/분으로 감량한 것 이외에는, 실시예 4와 동일하게 하여 기판 (S)의 표면에 막 형성을 행했더니 1500 Å/분의 막 형성 속도로 SiO2막을 얻을 수 있었다. 또한, 막 형성 처리 후의 커버리지성 및 막질을 실시예 4와 동일한 방법으로 평가하였다. 그 평가 결과(막 형성 속도를 포함함)를 표 2에 나타낸다.
실시예 5의 결과로부터 H2O의 첨가량을 0.05 g/분으로 감량해도 막 형성 속도(1500 Å/분) 및 내압(4 MV/cm) 모두에 있어서 효과가 발현되는 것을 알 수 있었다.
<실시예 6>
표 2에 나타낸 바와 같이 실시예 4에 대하여 TMOS의 양을 0.1 g/분으로 감량하고 H2O의 첨가량을 1.5 g/분으로 증량한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 기판 (S)의 표면에 막 형성을 행한 결과 1400 Å/분의 막 형성 속도로 SiO2막을 얻을 수 있었다. 또한, 막 형성 처리 후의 커버리지성 및 막질을 실시예 1과 동일한 방법으로 평가하였다. 그 평가 결과(막 형성 속도를 포함함)를 표 2에 나타내었다.
실시예 6의 결과로부터 TMOS에 대한 H2O의 첨가량을 증량하면 감량한 TMOS를 1/2로 감량해도 양호한 막 형성 속도(1400 Å/분)를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다. 또한, 내압도 양호(5.5 MV/cm)하다는 것을 알 수 있었다. 또한, 실시예 6보다 H2O의 첨가량을 늘려 막 형성 처리를 행했더니 성능 향상이 미미하였다.
<실시예 7>
표 2에 나타낸 바와 같이 실시예 4에 대하여 TMOS의 양을 1.5 g/분으로 증량하고, 추가로 H2O의 첨가량도 1.0 g/분으로 증량하며, 기판의 반송 속도를 배인 400 mm/분으로 한 것 이외에는, 실시예 4와 동일하게 하여 기판 (S)의 표면에 막 형성을 행한 결과 4800 Å/분이라는 매우 빠른 막 형성 속도로 SiO2막을 얻을 수 있었다. 또한, 막 형성 처리 후의 커버리지성 및 막질을 실시예 4와 동일한 방법으로 평가하였다. 그 평가 결과(막 형성 속도를 포함함)를 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 7의 결과로부터 원료인 TMOS의 양 및 H2O의 첨가량을 함께 증량함으로써 고속에서의 막 형성 처리가 가능해지는 것을 알 수 있었다. 또한, 실시예 4에 대하여 내압은 낮아지지만, H2O를 첨가하지 않은 경우(비교예 3)와 비교하여 양호한 값(3.5 MV/cm)을 확보할 수 있었다.
<실시예 8>
하기 표 2에 나타낸 바와 같이 원료를 MTMOS로 변경한 것 이외에는, 실시예 4와 동일하게 하여 기판 (S)의 표면에 막 형성을 행한 결과 1700 Å/분의 막 형성속도로 SiO2막을 얻을 수 있었다. 또한, 막 형성 처리 후의 커버리지성 및 막질을 실시예 4와 동일한 방법으로 평가하였다. 그 평가 결과(막 형성 속도를 포함함)를 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 8의 결과로부터 TMOS 대신에 MTMOS를 사용해도 거의 동등한 성능(막 형성 속도ㆍ막질ㆍ커버리지)을 확보할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
<실시예 9>
하기 표 2에 나타낸 바와 같이 O2를 N2O로 변경한 것 이외에는, 실시예 4와 동일하게 하여 기판 (S)의 표면에 막 형성을 행한 결과 1600 Å/분의 막 형성 속도로 SiO2막을 얻을 수 있었다. 또한, 막 형성 처리 후의 커버리지성 및 막질을 실시예 4와 동일한 방법으로 평가하였다. 그 평가 결과(막 형성 속도를 포함함)를 표 2에 나타내었다.
실시예 9의 결과로부터 O2대신에 N2O를 사용해도 거의 동등한 성능(막 형성 속도ㆍ막질ㆍ커버리지)를 확보할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
실시예 4 비교예 3 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9
Si 원료 TMOS ← ← ← ← MTMOS TMOS
g/min 0.2 ← ← 0.1 1.5 0.2 ←*1
O2SLM 10+10 ← ← ← ← ← ←
N2SLM 2+10+2 ← ← ← ← ← ←
H2O g/min 0.5+0.5 0 0.05+0.05 1.5+1.5 1.0+1.0 0.5+0.5
막형성속도Å/min 1800 1900 1500 1400 4800 1700 1600
커버리지 1 1 1 1 0.9 1 1
내압 MV/cm 4.8 2.1 4 5.5 3.5 4.5 4.6
*1 N2O
<비교예 4>
하기 표 3에 나타낸 바와 같이 실시예 4에 대하여 가스 정류부 (5A) 및 가스 정류부 (5C)의 각 O2량을 각각 2 SLM으로 감량하고, 가스 정류부 (5A) 및 가스 정류부 (5C)의 각 N2량(캐리어 가스량)을 각각 10 SLM으로 증량한 것 이외에는, 실시예 4와 동일하게 하여 기판 (S)의 표면에 SiO2막을 형성한 결과 막 형성 속도가 900 Å/분으로 저하되었다. 또한, 막 형성 처리 후의 커버리지성 및 막질을 실시예 4와 동일한 방법으로 평가하였다. 그 평가 결과(막 형성 속도를 포함함)를 표 3에 나타내었다.
비교예 4에서는 커버리지성(커버리지=1)은 양호했지만, 막 형성 속도가 실시예 4와 비교하여 느리고 내압도 낮았다(2.4 MV/cm).
<실시예 10>
도 13의 가스 정류부 (5A) 내지 (5C)의 가스류 조정을 이하의 조건으로 한 것 이외에는, 실시예 4와 동일하게 하여 기판 (S)의 표면에 막 형성을 행했더니 1800 Å/분의 막 형성 속도로 SiO2막을 얻을 수 있었다. 또한, 막 형성 처리 후의 커버리지성 및 막질을 실시예 4와 동일한 방법으로 평가하였다. 그 평가 결과(막 형성 속도를 포함함)를 표 3에 나타내었다.
ㆍ가스 정류부 (5A) 및 (5C): O2=10 SLM
ㆍ가스 정류부 (5B): TMOS=0.2 g/분, TMOS의 캐리어 가스로서의 N2=10 SLM, H2O=1.0 g/분,
실시예 10의 결과로부터 H2O에 방전 처리를 행하지 않아도 TMOS에 H2O를 첨가하고, O2를 증량함으로써 실시예 4와 거의 동등한 성능(막 형성 속도ㆍ막질ㆍ커버리지)를 확보할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
비교예 4 실시예 10
Si 원료 TMOS ←
g/min 0.2 ←
O2SLM 2+2 10+10
N2SLM 10+10+10 10
H2O g/min 0.5+0.5 1.0
막형성속도 Å/min 900 1800
커버리지 1 1
내압 MV/cm 2.4 4.6
<비교예 1, 2>
실시예 1과 동일한 산화막 형성 장치를 사용하며, 공정 가스의 공급 부분을 변경한 것 이외에는, 실시예 1 내지 3과 동일한 처리 조건으로 실리콘 산화막을 형성하였다. 가스 유량은 표 1에 나타낸 바와 같다.
[공정 가스]
가스 정류부 (12a) TEOS+N2
가스 정류부 (12b) O2+O3
가스 정류부 (12c) TEOS+N2
실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2에 있어서, 실리콘 산화막을 형성했을 때의 막 형성 속도는 표 1에 나타낸 바와 같았다.
표 1을 참조하면, 본 발명의 산화막 형성 방법에 의하면 막 형성 속도가 매우 빨라지는 것을 알 수 있다.
<실시예 4>
[장치 구성]
실시예 4에 사용하는 산화막 형성 장치는 도 9에 나타낸 구조의 구체적인 예이며, 도 13에 나타낸 바와 같이 방전 처리부 (1), 가스 도입부 (2) 및 방전 처리부 (1)이 이 순서대로 한 방향으로 상호 인접한 상태로 연달아 설치되어 있다. 그 밖의 구성은 실시예 1에서 설명한 바와 같다.
[처리 조건]
ㆍ기판: Si 웨이퍼(8 인치, 알루미늄 배선 형성품), 기판 장착부 (7)에 세팅한 상태로 반송
ㆍ기판 온도: 350 ℃
ㆍ가스류 조건
처리 분위기: 대기압
가스 정류부 (5A): O2=10 SLM, H2O=0.5 g/min, H2O의 캐리어 가스로서의 N2=2 SLM
가스 정류부 (5B): TMOS=0.2 g/min, TMOS의 캐리어 가스로서의 N2=1O SLM
가스 정류부 (5C): O2=10 SLM, H2O=0.5 g/min, H2O의 캐리어 가스로서의 N2=2 SLM
ㆍ방전 조건: 펄스 주파수=10 kHz, 인가 전압 Vpp=20 kV
ㆍ기판-방전 처리부 간의 거리=4 mm
ㆍ기판의 반송 속도: 200 mm/min
이상의 장치 구성ㆍ조건으로 기판 (S)의 표면에 막 형성을 행했더니 1800 Å/min의 막 형성 속도로 SiO2막을 얻을 수 있었다. 또한, 막 형성 처리 후의 커버리지성 및 막질을 하기의 방법으로 평가하였다. 그 평가 결과(막 형성 속도를 포함함) 및 처리 조건을 하기 표 2에 나타낸다.
실시예 4에서는 커버리지성(커버리지=1)이 우수하고, 막 두께도 양호(내압= 4.8 MV/cm)하다는 것을 알았다.
[커버리지성의 평가]
도 16에 나타낸 바와 같이 알루미늄 배선 (W)로부터 떨어진 부분의 x점의 막 두께(SiO2의 막 두께) 및 2개의 알루미늄 배선 (W), (W) 사이의 y점의 막 두께를 각각 계측하고, 이들 막 두께의 비([y점의 막 두께]/[x점의 막 두께])를 구하여 평가하였다.
[막질의 평가]
내압(1×10-7A/cm2)이 되는 전계 강도를 계측하고, 그 계측 결과로부터 평가하였다. 전계 강도=3 MV/cm 이상을 양호하다고 평가하였다.
<비교예 3>
표 2에 나타낸 바와 같이 H2O를 첨가하지 않은 것 이외에는, 실시예 4와 동일하게 하여 기판 (S)의 표면에 SiO2막을 형성했더니 막 형성 속도가 1900 Å/min으로 대략 동등하였다. 또한, 막 형성 처리 후의 커버리지성 및 막질을 실시예 4와 동일한 방법으로 평가하였다. 그 평가 결과(막 형성 속도를 포함함)를 표 2에 나타낸다.
비교예 3에서는 커버리지성(커버리지=1)이 양호하고, 막 형성 속도도 실시예 4(H2O 첨가)의 경우와 대략 동등했지만, 내압이 낮았다(2.1 MV/cm).
그러나, TEOS/O3계의 상압 열 CVD법에 의해 실시예 4와 대략 동일한 처리 조건으로 기판 (S)의 표면에 SiO2막을 형성했더니 막 형성 속도가 1000 Å/min이고, 내압은 1.7 MV/cm였다.
따라서, 실시예 4 및 비교예 3 모두 TEOS/O3계의 상압 열 CVD법과 비교하면 막질, 막 형성 속도 모두 현저하게 향상되는 것을 알 수 있었다.
<실시예 5>
표 2에 나타낸 바와 같이 실시예 4에 대하여 H2O의 첨가량을 0.05 g/min으로감량한 것 이외에는, 실시예 4와 동일하게 하여 기판 (S)의 표면에 막 형성을 행했더니 1500 Å/min의 막 형성 속도로 SiO2막을 얻을 수 있었다. 또한, 막 형성 처리 후의 커버리지성 및 막질을 실시예 4와 동일한 방법으로 평가하였다. 그 평가 결과(막 형성 속도를 포함함)를 표 2에 나타낸다.
실시예 5의 결과로부터 H2O의 첨가량을 0.05 g/min으로 감량해도 막 형성 속도(1500 Å/min) 및 내압(4 MV/cm) 모두에 있어서 효과가 발현되는 것을 알 수 있었다.
<실시예 11>
기판 온도, 기판-방전 처리부간의 거리를 이하의 조건으로 한 것 이외에는, 실시예 4와 동일하게 하여 폭 150 nm, 깊이 400 nm의 개구부를 갖는 알루미늄 배선 패턴을 형성한 기판 (S)의 표면에 막 형성을 행한 결과 1500 Å/분의 막 형성 속도로 SiO2막을 얻을 수 있었다. 또한, 상기 개구부를 대략적으로 완전히 매립할 수 있었다.
ㆍ기판 온도: 300 ℃
ㆍ기판-방전 처리부간의 거리=3 mm
실시예 11의 결과로부터 본 발명의 산화막 형성 방법에 따르면, 매우 협소한 개구부에도 충분한 막 두께를 갖는 산화막을 형성할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
<실시예 12>
도 17의 산화막 형성 장치에 있어서, 전압 인가 전극 (11)(SUS304제: 폭 250mm ×길이 50 mm ×두께 20 mm, 고체 유전체: 알루미나)과 접지 전극 (12)(SUS304제: 폭 250 mm ×길이 50 mm ×두께 20 mm, 고체 유전체: 알루미나)를 1 mm의 간격(플라즈마 공간 (P))을 두고 배치하였다. 또한, 접지 전극 (12)에 대하여 대향 평판 (21)(SUS304제: 폭 250 mm ×길이 50 mm ×두께 20 mm)을 1 mm의 간격을 두고 배치하여 가스 통과로 (20)을 형성하였다.
[처리 조건]
반응 가스: O2=5 SLM
원료 가스: TEOS=0.2 g/분, N2=10 SLM
기판: Si 웨이퍼(8 인치)
기판-전극간 거리=4 mm
인가 전계: 5 kHz, 15 kV의 펄스 전계(펄스폭 10 μs)
기판의 반송 속도: 200 mm/분
기판 온도: 350 ℃
이상의 장치 구성ㆍ조건으로 기판 (S)의 표면에 막 형성을 행했더니 막 두께 1000 Å(막 형성 속도=1000 Å/분)의 SiO2막을 얻을 수 있었다.
<실시예 13>
도 18의 산화막 형성 장치에 있어서, 대향 평판 (23)의 하단면과 기판 (S) 사이의 거리를 0.5 mm로 하고, 전압 인가 전극 (2)측의 배기 기구 (6)에 의한 배기 컨덕턴스에 대하여 대향 평판 (23)측의 배기 기구 (6)에 의한 배기 컨덕턴스를 1/4로 하였다. 그 이외의 구성 및 막 형성 조건은 실시예 12와 동일하게 하여 기판 (S)의 표면에 막 형성을 행했더니 막 두께 1000 Å(막 형성 속도=1000 Å/분)의 SiO2막을 얻을 수 있었다.
<실시예 14>
도 19의 산화막 형성 장치에 있어서, 각 전압 인가 전극 (11), (11)(SUS304제: 폭 250 mm ×길이 50 mm ×두께 20 mm, 고체 유전체: 알루미나)과 각 접지 전극 (12), (12)(SUS304제: 폭 250 mm ×길이 50 mm ×두께 20 mm, 고체 유전체: 알루미나)를 1 mm의 간격(플라즈마 공간 (P1, P2))을 두고 배치하였다. 또한, 2장의 접지 전극 (12, 12)를 1 mm의 간격을 두고 배치하여 가스 통과로 (20)을 형성하였다.
[처리 조건]
반응 가스: O2=10 SLM(플라즈마 공간 (P1)), O2=1O SLM(플라즈마 공간 (P2))
원료 가스: TEOS=0.2 g/분, N2=10 SLM
기판: Si 웨이퍼(8 인치)
기판-전극간 거리=4 mm
인가 전계: 5 kHz, 15 kV의 펄스 전계(펄스폭 10 μs)
기판의 반송 속도: 200 mm/분
기판 온도: 350 ℃
이상의 장치 구성ㆍ조건으로 기판 (S)의 표면에 막 형성을 행한 결과 약 700Å/분의 막 형성 속도로 SiO2막을 얻을 수 있었다. 또한, 인가 전계의 방전 주파수를 변경(0 내지 6 kHz)하여 막 형성을 행하였다. 막 형성 결과(방전 주파수와 막 형성 속도의 관계)를 도 22에 나타내었다.
<비교예 5>
도 21에 나타낸 바와 같이 배기 기구를 설치하지 않은 산화막 형성 장치를 이용하였다. 그 이외의 장치 구성ㆍ막 형성 조건은 실시예 12와 동일하게 하여 기판 (S)의 표면에 막 형성을 행했더니 약 500 Å/분의 막 형성 속도로 SiO2막을 얻을 수 있었다. 또한, 인가 전계의 방전 주파수를 변경(0 내지 5 kHz)하여 막 형성을 행했더니, 도 23에 나타낸 바와 같은 막 형성 결과(방전 주파수와 막 형성 속도의 관계)를 얻을 수 있었다.
<실시예 14와 비교예 5의 비교>
비교예 5(종래형의 산화막 형성 장치)에서는 막 형성 속도가 약 500 Å/분이 한계였던 것이, 실시예 14(도 19의 산화막 형성 장치)에서는 약 700 Å/분까지 막 형성 속도가 증가하였다. 또한, 비교예 5에서는 방전 주파수를 올리면 기층 반응이 지나치게 진행하여 막 형성 속도가 저하되는 현상이 보였지만, 실시예 14에서는 그러한 현상은 보이지 않았다.
또한, 실시예 14에 있어서, 원료 가스(금속 함유 가스)의 농도를 높임과 동시에 방전 조건을 최적화함으로써 5000 내지 10000 Å/분의 높은 막 형성 속도를 얻을 수 있다는 것도 판명되었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 TMOS, MTMOS 등의 실리콘 함유 가스를 포함하는 원료 가스, 및 방전 처리한 O2, N2O 등의 산화성 가스를 포함하는 반응 가스를 기판 표면 부근에서 혼합하도록 하기 때문에 원료 가스가 막 형성 반응에 효율적으로 사용되고, 전극 부착물이나 불순물의 발생을 방지할 수 있다.
따라서, 상압하에서의 CVD법에 있어서도 막질ㆍ커버리지성이 양호한 산화막을 빠른 막 형성 속도로 형성할 수 있고, 나아가 유지·보수 간격을 길게 할 수 있다.
또한, TMOS, MTMOS 등의 실리콘 함유 가스를 포함하는 원료 가스, 방전 처리한 O2, N2O 등의 산화성 가스를 포함하는 반응 가스에 방전 처리한 H2O 또는 방전 처리하지 않은 H2O를 첨가하면, 상압하에서의 CVD법에 있어서 막질ㆍ커버리지성이 보다 양호한 산화막을 빠른 막 형성 속도로 형성할 수 있다.
또한, 플라즈마 공간 통과 후의 반응 가스와 원료 가스의 합류 가스를 기판의 피처리면을 따라 흐르는 가스류로 함으로써, 합류한 가스가 혼합하는 시간과 반응에 필요한 시간이 확보되며, 그 반응은 기판의 바로 측면에서 행해지기 때문에 우선적으로 박막 형성에 소비되게 된다.
따라서, 원료 가스를 낭비하지 않고, 막 형성 속도를 더욱 높일 수 있다.
본 발명에 있어서, 원료로서 TMOS 또는 MTMOS를 사용하면 실란 가스와 비교하여 가스의 취급성이 용이하고, 더욱이 일반적으로 널리 이용되고 있는 TEOS보다 TMOS나 MTMOS의 비점이 낮아 기화가 용이하다는 이점이 있다. 또한, 첨가물인 H2O의 취급성도 용이하다. 또한, 기판을 전계 중에 넣을 필요가 없기 때문에 기판에 손상을 주지 않고, 막 형성 처리를 행할 수 있다는 이점도 있다.
본 발명의 산화막 형성 방법 및 장치는 실리콘 웨이퍼, 전자 회로 기판 등의 기판 표면에 실리콘 산화막(SiO2) 등을 형성하는 데 유효하게 이용할 수 있다.

Claims (29)

  1. 원료 가스 (A) 및 반응 가스 (B)의 2 성분 공정 가스를 사용하여 이들 2 성분의 공정 가스 (A)와 (B) 중 공정 가스 (B)를 방전 처리하고, 그 방전 처리를 한 공정 가스 (B)에 방전 처리를 하지 않은 공정 가스 (A)를 기판 표면 부근에서 합류시켜 혼합하는 것을 특징으로 하는, 대기압 근방의 압력 조건에서의 CVD법에 의해 기판 표면에 산화막을 형성하는 방법.
  2. 원료 가스 (A), 반응 가스 (B) 및 H2O 가스 (C)의 3 성분 공정 가스를 사용하여 이들 3 성분의 공정 가스 (A) 내지 (C) 중 공정 가스 (B)를 방전 처리하고, 그 방전 처리를 한 공정 가스 (B)에 방전 처리를 하지 않은 공정 가스 (A) 및 공정 가스 (C)를 기판 표면 부근에서 합류시켜 혼합하는 것을 특징으로 하는, 대기압 근방의 압력 조건에서의 CVD법에 의해 기판 표면에 산화막을 형성하는 방법.
  3. 원료 가스 (A), 반응 가스 (B) 및 H2O 가스 (C)의 3 성분 공정 가스를 사용하여 이들 3 성분의 공정 가스 (A) 내지 (C) 중 공정 가스 (B)와 공정 가스 (C)를 각각 별개로 방전 처리하고, 이들 방전 처리를 한 공정 가스 (B) 및 공정 가스 (C)에 방전 처리를 하지 않은 공정 가스 (A)를 기판 표면 부근에서 합류시켜 혼합하는 것을 특징으로 하는, 대기압 근방의 압력 조건에서의 CVD법에 의해 기판 표면에 산화막을 형성하는 방법.
  4. 원료 가스 (A), 반응 가스 (B) 및 H2O 가스 (C)의 3 성분 공정 가스를 사용하여 이들 3 성분의 공정 가스 (A) 내지 (C) 중 공정 가스 (B)와 공정 가스 (C)를 혼합한 혼합 가스를 방전 처리하고, 그 방전 처리를 한 혼합 가스에 방전 처리를 하지 않은 공정 가스 (A)를 기판 표면 부근에서 합류시켜 혼합하는 것을 특징으로 하는, 대기압 근방의 압력 조건에서의 CVD법에 의해 기판 표면에 산화막을 형성하는 방법.
  5. 원료 가스 (A), 반응 가스 (B) 및 H2O 가스 (C)의 3 성분 공정 가스를 사용하여 이들 3 성분의 공정 가스 (A) 내지 (C) 중 공정 가스 (B)를 방전 처리하고, 그 방전 처리를 한 공정 가스 (B)에 방전 처리를 하지 않은 공정 가스 (A)와 공정 가스 (C)의 혼합 가스를 기판 표면 부근에서 합류시켜 혼합하는 것을 특징으로 하는, 대기압 근방의 압력 조건에서의 CVD법에 의해 기판 표면에 산화막을 형성하는 방법.
  6. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원료 가스 (A)는 TMOS, MTMOS 등의 실리콘 함유 가스인 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.
  7. 제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응 가스 (B)는, O2, N2O 등의 산화성 가스인 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.
  8. 제15항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 추가로 TMP, TEP 등의 인 함유 가스 및(또는) TMB, TEB 등의 붕소 함유 가스 (D)의 공정 가스를 공급하는 가스 공급원을 구비하고, 공정 가스 (D)를 공정 가스 (A)와 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합류 가스가 기판의 피처리면을 따라서 흐르는 가스류를 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.
  10. 제9항에 있어서, 배기 기구에 의해 상기 합류 가스가 기판의 피처리면을 따라서 흐르는 가스류를 형성하도록 하는 배기 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 원료 가스와 반응 가스의 도입 유량의 합계 유량과 기판의 피처리면을 따라서 흐르는 가스류의 유량이 대략 동량인 것을 특징으로 하는 산화막 형성 방법.
  12. 원료 가스 (A) 및 반응 가스 (B)의 2 성분 공정 가스를 공급하는 가스 공급원과 방전 처리부를 구비하고, 상기 2 성분의 공정 가스 (A)와 (B) 중 공정 가스 (B)를 방전 처리부에서 방전 처리를 행하며, 그 방전 처리를 한 공정 가스 (B)에 공정 가스 (A)를 방전 처리하지 않고 기판 표면 부근에서 합류시켜 혼합하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 대기압 근방의 압력 조건에서의 CVD법에 의해 기판 표면에 산화막을 형성하는 장치.
  13. 원료 가스 (A), 반응 가스 (B) 및 H2O 가스 (C)의 3 성분 공정 가스를 공급하는 가스 공급원과 방전 처리부를 구비하고, 상기 3 성분의 공정 가스 (A) 내지 (C) 중 공정 가스 (B)를 방전 처리부에서 방전 처리를 행하며, 그 방전 처리를 한 공정 가스 (B)에 공정 가스 (A) 및 공정 가스 (C)를 방전 처리하지 않고 기판 표면 부근에서 합류시켜 혼합하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 대기압 근방의 압력 조건에서의 CVD법에 의해 기판 표면에 산화막을 형성하는 장치.
  14. 원료 가스 (A), 반응 가스 (B) 및 H2O 가스 (C)의 3 성분 공정 가스를 공급하는 가스 공급원과 방전 처리부를 구비하고, 상기 3 성분의 공정 가스 (A) 내지 (C) 중 공정 가스 (B)와 공정 가스 (C)를 각각 별개의 방전 처리부에서 방전 처리를 행하며, 이들 방전 처리를 한 공정 가스 (B) 및 공정 가스 (C)에 공정 가스 (A)를 방전 처리하지 않고 기판 표면 부근에서 합류시켜 혼합하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 대기압 근방의 압력 조건에서의 CVD법에 의해 기판 표면에 산화막을 형성하는 장치.
  15. 원료 가스 (A), 반응 가스 (B) 및 H2O 가스 (C)의 3 성분 공정 가스를 공급하는 가스 공급원과 방전 처리부를 구비하고, 상기 3 성분의 공정 가스 (A) 내지 (C) 중 공정 가스 (B)와 공정 가스 (C)를 혼합한 혼합 가스를 방전 처리부에서 방전 처리를 행하며, 그 방전 처리를 한 혼합 가스에 공정 가스 (A)를 방전 처리하지 않고 기판 표면 부근에서 합류시켜 혼합하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 대기압 근방의 압력 조건에서의 CVD법에 의해 기판 표면에 산화막을 형성하는 장치.
  16. 원료 가스 (A), 반응 가스 (B) 및 H2O 가스 (C)의 3 성분 공정 가스를 공급하는 가스 공급원과 방전 처리부를 구비하고, 상기 3 성분의 공정 가스 (A) 내지 (C) 중 공정 가스 (B)를 방전 처리부에서 방전 처리를 행하며, 그 방전 처리를 한 공정 가스 (B)에 공정 가스 (A)와 공정 가스 (C)의 혼합 가스를 방전 처리하지 않고 기판 표면 부근에서 합류시켜 혼합하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 대기압 근방의 압력 조건에서의 CVD법에 의해 기판 표면에 산화막을 형성하는 장치.
  17. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원료 가스 (A)는 TMOS, MTMOS 등의 실리콘 함유 가스인 것을 특징으로 하는 산화막 형성 장치.
  18. 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응 가스 (B)는 O2, N2O 등의 산화성 가스인 것을 특징으로 하는 산화막 형성 장치.
  19. 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, CVD법에 사용하는 공정 가스 중 상기 공정 가스 (B)의 양이 공정 가스 전체의 50 중량% 이상이고, 또한, 상기 공정 가스 (A)와 상기 공정 가스 (C)와의 중량비 [공정 가스 (A)/공정 가스 (C)]가 1/100 내지 1/0.02인 것을 특징으로 하는 산화막 형성 장치.
  20. 제12항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 3 성분의 공정 가스의 공급 총량이 1 내지 300 SLM인 것을 특징으로 하는 산화막 형성 장치.
  21. 제12항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 추가로 TMP, TEP 등의 인 함유 가스 및(또는) TMB, TEB 등의 붕소 함유 가스 (D)의 공정 가스를 공급하는 가스 공급원을 구비하고, 공정 가스 (D)를 공정 가스 (A)와 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 산화막 형성 장치.
  22. 제12항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방전 처리부와 기판 장착부에 장착된 기판 표면과의 거리가 0.5 내지 30 mm인 것을 특징으로 하는 산화막 형성 장치.
  23. 제12항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 기판을 얹어 놓은 기판 장착부와 상기 방전 처리부를 상대적으로 한 방향으로 또는 양 방향으로 이동시킴으로써 기판을 상대적으로 편도 반송 또는 왕복 반송할 수 있도록 함과 동시에, 그 기판 반송 경로 도중에 방전 처리하지 않는 공정 가스의 가스 분출구를 배치하고, 그 가스 분출구의 기판 반송 방향에 대해 전방부 및 후방부에 방전 처리한 공정 가스의 가스 분출구를 배치한 것을 특징으로 하는 산화막 형성 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 기판 반송 방향에 대해 전방부 및 후방부에 배치한 가스 분출구로부터 분출되는 방전 처리한 공정 가스는 동일한 공정 가스인 것을 특징으로 하는 산화막 형성 장치.
  25. 제12항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응 가스와 원료 가스의 합류 가스가 흐르는 방향을 배기 제어하는 배기 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 산화막 형성 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 배기 기구가 상기 반응 가스와 원료 가스가 합류하는 부분에서 합류 가스의 유로와 먼 쪽에 있고 플라즈마 공간에 가까운 쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 산화막 형성 장치.
  27. 제25항에 있어서, 상기 배기 기구가 상기 합류 부분의 양쪽에 배치되어 있고, 그 합류 부분에서 배기 기구에 이르는 합류 가스 유로 중 플라즈마 공간에 가까운 쪽의 유로의 컨덕턴스가 작아지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 산화막 형성 장치.
  28. 제25항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 피 처리면을 따르는 합류 가스 유로를 형성하기 위한 가스 정류판이 설치되는 것을 특징으로 하는 산화막 형성 장치.
  29. 제28항에 있어서, 세라믹 다공질로 제조된 가스 정류판이 설치되고 이 가스 정류판으로부터 불활성 가스를 분출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 산화막 형성 장치.
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