KR100382370B1 - 어닐링장치의 서셉터 전처리방법 - Google Patents

어닐링장치의 서셉터 전처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 상에 증착된 박막의 특성을 개선하기 위한, 열처리 공정이 이루어지는 어닐링(annealing) 챔버의 내부에 위치하며 대상물이 장착되는 서셉터(susceptor)에 관한 발명으로, 보다 안정된 어닐링 공정과, 장비의 예방정비(Preventive Maintance : PM) 주기의 연장과, 신뢰성 있는 반도체 소자의 생산을 위하여, 서셉터의 표면에 Si를 포함하는 화합물을 증착하는 전처리공정을 제공하여 보다 개선된 어닐링 공정 및 이를 통한 신뢰성있는 반도체 소자의 생산을 가능하게 한다.

Description

어닐링장치의 서셉터 전처리방법 {Preventive treatment method of susceptor of CVD device}
본 발명은 어닐링(annealing)챔버에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 어닐링 챔버에 포함되는 웨이퍼 고정용 원판인 서셉터(susceptor)에 관한 것이다.
근래에 들어 과학이 발달함에 따라서, 어떤 하나의 물리량을 가진 물질을 다른 물리량을 가진 물질로 변환하는 신소재 개발 분야가 급성장하고 있으며, 이러한 신소재 분야의 급성장은 반도체 분야를 통하여 고밀도 집적회로를 가능케 하는 원동력이 되고 있다.
특히, 현재에 들어 각종 전기적 소자의 경량화, 소형화, 박막화의 추세에 따라 반도체 디바이스(device)를 구성하는 절연층과 반도체층 및 도전체층을 박막으로 구성할 수 있는 신소재가 개발됨으로써 ULSI(Ultra Large Scale Integration) 등의 고밀도 집적회로를 구현하는 것이 가능하게 되었다.
이러한 반도체 디바이스의 박막형태의 구성소자들은 고 신뢰도를 가진 물성이 요구되므로, 신소재의 개발과 더불어 균일한 증착 특성을 가지게 하고, 우수한 스텝 커버리지(step coverage)특성과 미립자의 완전제거를 달성할 수 있는 더욱 개선된 박막의 구현 방법이 필요하게 되었고, 이에 따라 화학기상증착(Chemical Vapour Deposition)방법 또는 물리기상증착(Physical Vapour Deposition)방법 등 여러 가지 박막 증착법이 개발되었다.
이러한 박막증착방법을 통하여 구현되는 박막의 종류도 매우 다양한데, 특히 반도체 디바이스를 구성하는 절연막, 반도체막, 도전체막 등이 전술한 다양한 박막증착방법을 통하여 구현된다.
특히 반도체 디바이스에 사용되는 절연막은 반도체 디바이스 내에서 절연층의 역할을 하거나 MIS(Metal-Insulator-Silicon) 또는 MIM (Metal-Insulator-Metal)구조의 캐패시터를 구성하기 위한 유전체 물질로 사용되고 있다.
참고로 전술한 유전체 물질로 과거에는 SiO2의 산화실리콘 단일막이 주로 사용되었으나, 기술의 발전에 따라 일반적인 캐패시터의 용량에 한계가 나타나게 됨과 동시에, 반도체 제품의 집적도가 증가되면서 저 유전막 대체 재료의 필요성이 대두되었고, 이에 따라 현재 1G이상의 집적도를 가진 차세대 DRAM의 캐패시터의 절연물질로 Ta를 포함하는, Ta2O5, 또는 TaON 등의 박막이 개발되었다.
이러한 Ta를 포함하는, Ta2O5또는 TaON 등의 반도체 디바이스의 절연막은 증착 특성이 좋고, 매우 높은 유전율을 가지기 때문에 반도체 디바이스의 크기를 대폭 줄이는 것을 가능하게 하는데, 이러한 유전막을 이용한 MIM(금속-절연막-금속)구조는 매우 우수한 캐패시터로 보고된 바 있다.
전술한 Ta를 포함하는 절연체 박막은 일반적으로 화학기상증착방법(Metal Organic Chemical Vapour Deposition : 이하 MOCVD라 한다.)을 통하여 웨이퍼 상에 증착되고, 이러한 박막의 특성을 우수하게 하기 위하여 이를 열처리하는 어닐링(annealing) 공정을 통하여 구현된다..
이하, Ta를 포함하는 Ta2O5또는 TaON 절연체 박막을 예를 들어 MOCVD 방법 및 이를 어닐링하는 방법을 설명한다.
먼저 MOCVD 방법이란, 유기금속화합물을 기화하여 기체상태로 변환한 유기금속가스를 소스가스로 사용하고, 이러한 소스가스를 열분해시켜 금속원자와 유기가스로 분리하여, 이때 분리된 금속원자를 웨이퍼 상에 증착하거나, 또는 필요에 따라 분리된 금속원자와 반응하는 반응가스와 화학 반응시켜 이루어진 생성물을 웨이퍼 상에 증착하는 방법이다. 이러한 MOCVD방법은 다른 CVD방법에 비하여 보다 낮은 온도에서 박막을 증착할 수 있는 방법이므로, 기판에 가해지는 열화를 줄일 수 있고 높은 순도의 안정된 화학조성을 갖는 박막을 얻어 낼 수 있는 특징을 가지고 있기 때문에 널리 이용된다.
이러한 MOCVD 공정을 통하여 Ta를 포함하는, Ta2O5또는 TaON 등의 박막증착공정은 도 1에 도시한 바와 같은 구성을 가지는 MOCVD 장치(1)를 통하여 구현된다.
일반적인 Ta를 포함하는, Ta2O5또는 TaON 등의 박막을 증착하는 MOCVD 장치(1)는, 원료물질인 소스가스를 저장하는 소스가스 저장장치(2)와, 반응가스를 저장하는 반응가스 저장장치(4)와, 전술한 소스가스와 반응가스가 유입되어 박막증착공정이 일어나는 챔버(6)와, 이러한 챔버(6)로 유입되는 소스가스와, 반응가스의 양과 타이밍을 조절하는 제어부(8)를 포함하여 구성된다.
이때 상기 소스가스 저장장치(2)에 저장되는 소스가스는 통상 Ta(C2H5O)5등의 Ta를 포함하는 유기가스이며, 반응가스 가스저장 장치(4)에는 O2, NH3 중 선택된 가스가 저장되는데, 이러한 반응가스는 증착되는 박막의 종류에 따라 O2, NH3 중 하나를 선택하게 된다.
즉, 웨이퍼 상에 Ta2O5박막을 증착하고자 할 경우, 반응가스로는 O2가 사용되며, TaON 박막을 증착하고자 할 경우 반응가스로 NH3가 사용되게 되므로 전술한 반응가스 저장장치에 저장되는 가스의 종류도 증착하고자 하는 박막에 따라 O2또는 NH3를 저장하게 된다.
이러한 소스가스저장장치(2)에 저장되는 소스가스와, 반응가스저장장치(4)에저장되는 반응가스가 챔버(6)로 유입되는 타이밍과 양은 상기 제어부(8)에 의하여 제어된다.
이러한 소스가스와, O2, NH3중 선택된 반응가스가 인입되어 박막증착이 진행되는 챔버(6)에는, 내부의 일측에 위치하고, 유입된 소스가스와 반응가스를 챔버의 내부로 확산하는 역할을 하는 확산플레이트(10)와, 챔버 내부의 타측에 위치하며, 그 상부에 웨이퍼(14)가 장착되는 웨이퍼 테이블(12)이 위치한다.
이러한 MOCVD 장치를 통하여 웨이퍼의 표면에 Ta를 포함하는, Ta2O5또는 TaON 박막을 증착하는 방법을 설명하면, 먼저 상기 챔버(6)내의 테이블(12)상에 웨이퍼(14)가 장착되고, 이러한 챔버 내의 압력 및 온도를 적절하게 조절한다.
이후 챔버(6)내로 소스가스 저장장치(2)에 저장되는 Ta를 포함하는 유기가스, 통상 Ta(C2H5O)5로 이루어지는 소스가스와, 반응가스 저장장치(4)에 저장된, O2또는 NH3중 선택된 반응가스가, 제어부(8)에 의하여 제어된 양과 타이밍을 가지고 챔버(6) 내로 인입되게 하면, 이러한 반응가스와 소스가스는 화학 반응을 일으키게 되어 반응의 생성물인 Ta2O5또는 TaON 이 박막의 형태로 웨이퍼(14) 상에 증착된다.
이후 전술한 MOCVD 장치(1)내에서 웨이퍼(14)상에 박막으로 증착된 Ta를 포함하는 Ta2O5또는 TaON 박막은, 그 내부 응력 (Internal Stress)을 완화 시켜 크랙에 대한 저항력을 증가시키고, 박막형성 후 발생할 수 있는 후 수축(Post moldingshrinkage)을 가속화시킴으로 스텝 커버리지 특성을 좋게 하기 위한 어닐링 공정을 거치게 되는데, 이러한 어닐링 공정은 어닐링장치 내에서 이루어지게 된다.
이러한 박막의 열처리공정이 일어나는 어닐링장치는 전술한 MOCVD 챔버와 유사한 구조를 가지고 있는데, 이를 도 2에 도시하였다.
어닐링 장치(20)는, 그 내부에서 어닐링 공정이 진행되는 어닐링 챔버(26)와, 이러한 어닐링 챔버(26)로 유입되어 박막을 어닐링하는, 다수의 가스가 각각 저장되는 가스탱크로 이루어지는 가스저장장치(24)와, 이러한 가스저장장치(24)에 저장된 가스의 챔버내로의 유입량과 타이밍을 조절하는 제어부(28)를 포함하여 구성된다.
이때 박막의 어닐링을 위하여 사용되는 어닐링 가스로는 O2또는 N2O가스 중 선택된 하나가 사용되는데, 일반적으로 어닐링 특성을 향상하기 위하여 전술한 어닐링 가스와 불활성 가스인 Ar가스가 동시에 사용된다.
또한, 어닐링 과정에 있어서, 박막의 특성을 더욱 향상시키기 위하여 전술한 MOCVD 공정에 사용되었던 반응가스가 전술한 어닐링 가스 및 불활성가스와 동시에 사용되는데, 이러한 반응가스로는 Ta2O5박막을 증착하고자 할 경우에는 O2가 사용되며, TaON 박막을 증착하고자 할 경우에는 NH3가 사용됨은 전술한 바 있다.
따라서, 상기 어닐링가스저장장치(24)에 저장되는 가스의 종류는 불활성 가스인 Ar과, 어닐링 가스인 O2또는 N2O가스이고, 여기에 증착되는 박막에 따라 NH3가 더욱 포함되는데, 이러한 각각의 가스는 상기 가스저장장치를 구성하는 다수개의가스 저장탱크에 저장된다.
이러한 증착된 박막에 따라 사용되는 어닐링가스의 종류를 표 1에 정리하였다.
<표 1>
어닐링 대상박막 반응 가스 어닐링 가스 불활성가스
Ta2O5 O2 O2 Ar
N2O
TaON NH3 O2
N2O
이러한 가스저장장치(24)에 저장된 어닐링가스는 챔버(26)내에서 플라즈마 상태로 여기되어 박막을 어닐링하게 되는데, 이러한 어닐링이 진행되는 챔버(26)내에는, 그 일측에 인입되는 가스를 확산하는 역할을 하는 확산플레이트(30)와, 챔버 내부의 타측에 위치하며, 그 상부에 웨이퍼(34)가 장착되는 웨이퍼 테이블(32)을 포함하여 이루어진다.
특히, 이러한 어닐링 챔버(26)는 공정 진행중에 고온의 환경을 가지게 되므로, 이러한 고온의 환경에서 처리 대상물인 웨이퍼(34)의 고정을 위하여 원판형태의 서셉터(33)가 웨이퍼(34)와 테이블(32)사이에 위치하게 된다.
이때, 이러한 웨이퍼가 놓이게 되는 서셉터(33)는, 도 3에 도시한 바와 같이 둥근 원판의 모양을 가지며, 그래파이트(Graphite), 즉 석묵 또는 흑연 등의 물질이나 비정질 카본 등의 재질로 이루어진다.
이러한 구성을 가지는 어닐링 챔버(26)내에서 이루어지는 Ta를 포함하는, Ta2O5또는 TaON 박막의 어닐링 과정을 설명하면, 먼저 상기 챔버(26)내의서셉터(33) 상에 Ta를 포함하는 박막이 증착된 웨이퍼(34)가 장착되고, 이러한 챔버의 환경이 적절하게 조절된다. 이후 어닐링 가스저장장치(24)에 저장되는 어닐링 가스와 불활성가스 및 반응가스 중 선택된 가스가 챔버내로 유입되면, 이러한 어닐링 가스는 플라즈마 상태로 여기되어 박막의 어닐링을 진행하게 된다.
이때, 챔버내의 웨이퍼 고정용 원판인 서셉터(도 3의 33)는 일반적으로 그 상부에 장착되는 웨이퍼보다 큰 면적을 가지고 있으므로, 웨이퍼가 놓이는 부분과 웨이퍼가 놓이지 않는 부분으로 구분되는 바, 전술한 고온의 플라즈마 어닐링 과정에서 웨이퍼가 놓이지 않은 부분의 표면에서 에칭현상이 일어나게 된다.
즉, 서셉터는 그래파이트 또는 비정질 카본의 물질로 구성되므로 Ar 과O2또는 Ar과 N2O 가스를 사용한 어닐링 과정에서, 웨이퍼가 놓인 부분을 제외한 다른 부분의 표면은 플라즈마가스에 의하여 에칭되는데, 이러한 서셉터의 표면의 에칭에 의하여 에칭부산물인 탄소 파티클(particle)을 형성하게 된다.
이러한 파티클은 챔버내에서 불순물로 작용하게 되는바, 반도체 제품의 신뢰성을 떨어뜨림과 동시에 제조환경을 오염시켜 불량의 발생률을 높이게 되고, 또한 서셉터의 손상으로 인하여 예방정비(preventive Maintance)주기를 앞당기게 되는 여러 가지 문제점을 유발하게 된다.
또한 앞에서는 박막의 증착이 일어나는 MOCVD공정과, 어닐링공정이 서로 다른 별개의 장치에서 각각 진행되는 경우를 예를 들어 설명하였으나, 이러한 MOCVD 공정과 이후 후속되는 박막의 어닐링공정은 동일한 챔버내에서 진행될 수도 있다.
즉, MOCVD 공정에서 사용되는 소스가스와, 반응가스 그리고 어닐링공정에서 사용되는 어닐링 가스를 각각 포함하는 다수개의 저장탱크로 이루어진 가스 저장장치와, 이러한 각각의 가스가 유입되어 MOCVD 박막이 증착되고, 박막의 어닐링을 진행하는 챔버와, 이러한 챔버내로 유입되는 다수의 가스의 양과 타이밍을 조절하는 제어부를 포함하여 구성되는 복합형 장치를 통하여 전술한 MOCVD 공정과 어닐링 공정을 연속적으로 진행하는 것이 가능하게 된다.
이러한 복합형 장치의 챔버내에 웨이퍼를 고정하는 서셉터가 장착되므로 박막의 증착과, 박막의 어닐링 공정을 연속적으로 수행할 경우에도 전술한 경우와 동일하게 서셉터 표면의 에칭현상이 발생하게 된다.
이러한 서셉터 표면의 에칭에 의한 파티클의 형성은 소자의 신뢰성과 챔버의 환경을 더욱 심각하게 위협하게 되고, 장비의 예방정비 주기를 앞당기게 되는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 박막의 증착 이후 이루어지는 어닐링 과정에서 발생할 수 있는 서스셉트 표면의 에칭에 의한 손상을 막고, 보다 안정적인 MOCVD 공정의 구현 및 챔버의 예방정비주기의 연장을 가능케 하는 서셉터의 전처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 일반적인 MOCVD 장치의 구성을 블럭으로 도시한 블럭도
도 2는 일반적인 어닐링 장치의 구성을 블럭으로 도시한 블럭도
도 3은 일반적인 서셉터를 도시한 도면
도 4는 본 발명에 따른 어닐링 장치의 구성을 블럭으로 도시한 블럭도
도 5는 본 발명에 따른 서셉터 전처리공정을 순서대로 도시한 순서도
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 어닐링장비를 이용하여 박막이 증착된 웨이퍼의 상기 박막을 어닐링하는 공정을 위하여, 상기 웨이퍼를 상기 어닐링장비에 장착하기전에, 상기 어닐링장비내에 상기 웨이퍼가 장착되기 위한 그래파이트 재질인 서셉터를 준비하는 단계와; 상기 서셉터에 실리콘화합물재질인 박막을 증착하는 단계를 포함하는 어닐링장비의 서셉터 전처리 방법을 제공한다.
특히 상기 웨이퍼에 증착된 박막은 Ta2O5, TaON 중 하나를 재질로 하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 어닐링은 O2, N2O 가스 중 하나를 이용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 실리콘화합물은 Si3N4를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이때 상기 Si3N4박막은 상기 어닐링장비내에 SiH4또는 Si2H6중 하나를 포함하는 가스와, NH3를 포함하는 반응가스를 유입시켜, 400 내지 900℃인 환경하에서 형성되는 어닐링장비의 서셉터 전처리방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 실리콘화합물은 SiO2를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이때 상기 SiO2박막은 상기 어닐링장비내에 SiH4또는 Si2H6중 하나를 포함하는 가스와, N2O 를 포함하는 반응가스를 유입시켜, 700℃이상의 환경하에서 형성되는 어닐링장비의 서셉터 전처리방법을 제공한다.
또한 본 발명은 그래파이트재질의 서셉터를 내부에 포함하고 있는 챔버와,상기 챔버로 각 가스를 공급하는 제 1 가스공급부와, 제 2 가스공급부를 가진 MOCVD증착 및 어닐링 장비를 구비하는 단계와; 상기 제 1 가스공급부를 통해 실리콘을 포함하는 전처리용 가스와, 상기 전처리용 가스와 반응하는 반응가스를 상기 챔버에 유입시켜 상기 서셉터에 실리콘화합물재질의 박막을 형성하는 전처리단계와; 상기 전처리단계 후 상기 서셉터에 웨이퍼를 장착하는 단계와; 상기 제 2 가스공급부를 통해 Ta를 포함하는 소스가스를 유입시켜 상기 웨이퍼에 유전체 박막을 형성하는 단계와; 상기 Ta 재질의 유전체박막을 어닐링하는 단계를 포함하는 Ta재질의 유전체박막형성방법을 제공한다.
이때 상기 전처리 단계에서, 상기 챔버내에 SiH4또는 Si2H6중 하나를 포함하는 전처리용 가스와, NH3를 포함하는 반응가스를 유입시켜, 400 내지 900℃인 환경하에서, Si3N4실리콘화합물을 상기 서셉터 상에 증착하는 것을 특징으로 한다.
또는 상기 전처리 단계에서, 상기 챔버내에 SiH4또는 Si2H6중 하나를 포함하는 전처리용 가스와, N2O를 포함하는 반응가스를 유입시켜, 700℃이상의 환경하에서 SiO2실리콘화합물을 상기 서셉터 상에 증착하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 실시예를 도면을 통하여 상세히 설명한다.
도 4에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 어닐링 장치(50)는, 다수의 가스를 각각 저장하는 다수의 가스탱크(54a, 54b, 54c, 54d)로 이루어지는 가스저장장치(54)와, 가스저장장치(54)의 가스가 유입되어 어닐링이 공정이 진행되는 챔버(56)와, 이러한 챔버(56)로 유입되는 가스저장장치(54)의 가스의 양과 타이밍을 각각 조절하는 제어부(58)로 구성된다.
이때, 어닐링 가스저장장치(54)에 포함되는 다수의 저장탱크(54a∼54d)는 어닐링 가스를 저장하는 어닐링가스 저장탱크(54a)와, 불활성 가스를 저장하는 불활성 가스 저장탱크(54b)와, 반응가스를 저장하는 반응가스저장탱크(54c)와, 서셉터 전처리가스를 저장하는 서셉터 전처리가스 저장탱크(54d)로 구분된다.
이때 본 발명에 따른 어닐링 장치를 통하여 처리되는 대상 박막으로 Ta를 포함하는, Ta2O5또는 TaON 박막을 예를 들어 본 발명을 설명하면, 어닐링 가스로는 O2또는 N2O가스 중 선택된 하나의 가스가 사용되는데, 이러한 어닐링 가스는 적절한 공정에서 챔버(56)내로 인입된 후, 플라즈마로 여기하여 박막의 어닐링을 진행하게 되는 가스이다.
또한 이러한 어닐링가스의 플라즈마 상태로의 여기를 원활히 하고, 어닐링 특성을 향상시키기 위하여 불활성 가스, 바람직하게는 Ar가스가 불활성 가스저장탱크(54b)에 저장된다.
또한 본 발명에 따른 반응가스로는 O2또는 NH3중 선택된 하나의 가스가 사용되는데, 이러한 반응가스의 종류는 증착된 박막의 종류에 따라 달라지게 된다. 즉 어닐링이 이루어지는 박막이 Ta2O5박막일 경우에 반응가스로는 O2가 사용되며, TaON 박막일 경우에는 NH3가스가 사용되며, 이러한 반응가스는 증착된 박막의 특성을 더욱 우수하게 하기 위하여 어닐링공정중에 챔버(56)내로 유입된다.
또한 본 발명은 서셉터의 예방정비를 위한 서셉터 전처리가스를 더욱 포함하는데, 이러한 본 발명에 따른 서셉터 전처리가스는 SiH4또는 Si2H6중 선택된 하나의 가스가 사용될 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 어닐링 장치에 의하여 열처리되는 박막의 종류에 따라 사용되는 반응가스와, 어닐링 가스 및 불활성 가스와, 서셉터 전처리가스를 표 2에 정리하였다.
<표2>
어닐링 대상박막 반응 가스 어닐링 가스 불활성가스 서셉터 전처리가스
Ta2O5 O2 O2 Ar SiH4또는 Si2H6
N2O
TaON NH3 O2
N2O
이러한 가스저장장치(54)에 저장되는 다수의 가스는, 각각 상기 제어부(58)에 의하여 제어된 타이밍과 양을 가지고 챔버(56)로 인입되는데, 이러한 다수의 가스가 인입되어 박막의 어닐링이 일어나는 챔버(56)는, 내부의 일측에 위치하고, 유입된 가스를 챔버의 내부로 확산하는 역할을 하는 확산플레이트(60)와, 챔버 내부의 타측에 위치하며, 그 상부에 웨이퍼(64)가 장착되는 서셉터(63)가 구성된 웨이퍼 테이블(62)이 위치한다.
이때 본 발명에 따른 서셉터(63)는 플라즈마에 의한 고온의 환경에서 진행되는 어닐링공정에 있어서, 웨이퍼를 고정하기 위한 둥근 원판 모양으로 그 상부에 웨이퍼가 놓이는 지지용 원판이다. 이러한 서셉터(84)는 일반적으로그래파이트(Graphite), 즉 석묵 또는 흑연 등의 물질 또는 비정질 카본 등의 재질로 이루어지며 그 모양은 일반적인 서셉터와 동일하다.(도 3 참조).
이러한 본 발명에 따른 서셉터는 일반적으로 반도체용 기판인 웨이퍼보다 큰 면적을 가지고 있다.
본 발명은 일반적인 어닐링 장치에서 어닐링 공정중에 발생하는 서셉터의 표면 에칭을 효과적으로 방지하기 위하여, 상기 서셉터의 표면에 박막을 증착하는 과정을 포함하는 전처리공정을 제공하는데, 이하 이러한 본 발명에 따른 서셉터의 전처리공정을 이를 순서대로 도시한 도 4를 통하여 설명한다.
본 발명에 따른 챔버 내에서 일어나는 서셉터 전처리공정은, 정기적 또는 비정기적으로 이루어질 수 있는바 즉, 전(全) 장비의 예방정비 주기에 서셉터의 전처리를 실시하는 것도 가능하며 이와 무관하게 사용자의 의도에 따라 임의로 진행할 수 있다.
특히 서셉터 전처리공정은 챔버(56) 내의 서셉터(63)의 상부에 웨이퍼가 놓이지 않은 상태에 진행되는데, 먼저 적절한 환경을 가지는 챔버(56) 내로 제어부(58)에 의하여 제어된 양과 타이밍을 가지는 서셉터 전처리가스를 유입(S1)하게 되고, 이때 상기 반응가스저장탱크(54c)에 저장된 반응가스 중 선택된 하나의 반응가스를 챔버(56)내로 유입(S2)한다.
이와 같이 적절한 환경을 가지는 챔버(50) 내부로 인입된 서셉터 전처리가스와 반응가스는 화학반응을 하여 실리콘 화합물을 생성하게 되고(S3), 이러한 생성물은 서셉터의 표면에 증착되어, 그 표면에 실리콘 화합물 박막을 가지는 서셉터를형성하게 된다.(S4)
이때 챔버내로 유입되는 반응가스의 종류와 이러한 가스가 인입되는 챔버내의 환경에 따라 서셉터의 표면에 증착되는 박막의 구성이 다르게 되는 바, 이를 몇가지 실시예로 구분하여 이를 설명한다.
제 1 실시예
본 발명에 따른 서셉터 전처리 공정에서 상기 서셉터의 표면에 실리콘 화합물을 증착하는 방법에 따른 제 1 실시예는 상기 서셉터의 표면에 Si3N4박막을 증착하는 방법이다.
이와 같이 서셉터의 표면에 Si3N4물질을 증착하는 챔버 내의 환경은 바람직하게는 400℃~900℃의 온도 분위기를 가지게 되는데 즉, 제어부에 의하여 상기 가스 저장 장치에 저장된 반응가스인 NH3와 서셉터 전처리가스인 SiH4또는 Si2H6가스를 챔버에 인입하고 챔버의 환경을 온도 400℃~900℃정도로 조절하여 아래의 화학식에 따라 Si3N4박막이 서셉터의 표면에 증착되게 한다.
본 발명에 따른 서셉터의 박막 증착은 바람직하게는 1000Å이상이 두께를 가지는 Si3N4박막을 증착한다.
3SiH4+4NH3→Si3N4+12H2(400℃~900℃)
제 2 실시예
본 발명에 따른 서셉터 전처리공정에서 상기 서스셉어의 표면에 실리콘 화합물을 증착하는 방법에 따른 두번째 실시예는 상기 서셉터의 표면에 SiO2박막을 증착하는 방법이다.
이러한 서셉터의 표면에 SiO2물질을 증착하는 챔버 내의 환경은 700℃이상의 온도 분위기를 가지게 되는데 즉, 제어부에 의하여 반응가스 저장장치에 저장된 반응 가스인 N2O와 서셉터 전처리가스인 SiH4또는 Si2H6가스를 챔버에 인입하고 챔버의 환경을 온도 700℃ 이상으로 조절하면 아래의 화학식에 따라 SiO2성분이 생성되어 서셉터의 표면에 증착되게 된다.
이 경우에도 바람직하게는 전술한 제 1 실시예와 같이 1000Å이상의 두께를 가지는 SiO2박막을 증착한다.
SiH4+N2O→SiO2+12H2(700℃ 이상)
이러한 서셉터 전처리 공정이 진행되면, 서셉터는 그 표면에 Si 화합물의 박막을 가지게 되는데, 이러한 박막을 증착한 서셉터를 사용하여 박막을 어닐링 하는 과정을 설명한다.
본 발명에 따른 어닐링 장치에 있어서, 어닐링 공정은 먼저 챔버내의 서셉터상에 어닐링될 박막이 증착된 대상물을 서셉터 상에 장착한다.
이후 가스저장장치에 저장된 불활성가스인 Ar 과, 어닐링 가스인 O2또는 N2O 와, 반응가스인 O2또는 NH3가스가 제어부에 의하여 제어된 양과 타이밍을 가지고 챔버로 인입되고, 이러한 어닐링 가스는 플라즈마로 여기되어 박막의 어닐링을 수행하게 된다.
이러한 어닐링 과정에서 종래의 일반적인 서셉터는 그 표면이 에칭되어, 탄소 파티클이 발생하나, 본 발명에 따른 서셉터 PM공정을 통하여 그 표면에 1000Å이상의 SiO2또는 Si3N4박막을 가지는 서셉터는 이러한 실리콘 화합물 박막이 에칭 장벽의 역할을 하여 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 서셉터의 전처리 공정을 박막의 증착이 일어나는 MOCVD공정과, 어닐링공정이 서로 다른 별개의 장치에서 각각 진행되는 경우를 예를 들어 설명하였으나, 이러한 MOCVD 공정과 이후 후속되는 박막의 어닐링공정은 동일한 챔버내에서 진행될 수도 있고, 이 경우 역시 본 발명에 따른 서셉터 PM공정이 적용될수 있다.
즉, MOCVD 공정에서 사용되는 소스가스와, 반응가스와, 어닐링공정에서 사용되는 어닐링 가스와, 본 발명에 따른 서셉터 전처리가스를 각각 포함하는 다수개의 저장탱크로 이루어진 가스 저장장치와, 이러한 각각의 가스가 유입되어 MOCVD 박막이 증착되고, 박막의 어닐링을 진행하는 챔버와, 이러한 챔버내로 유입되는 다수의 가스의 양과 타이밍을 조절하는 제어부를 포함하여 구성되는 복합형 장치에 있어서, 본 발명에 따른 서셉터의 PM공정을 통하여 그 표면에 Si 박막을 가지는 서셉터를 사용하여 MOCVD 공정과 어닐링 공정을 연속적으로 진행하는 것이 가능하게 된다.
또한 본 발명에서는 웨이퍼 상에 Ta를 포함하는, Ta2O5또는 TaON 등의 박막의 증착을 예를 들어 설명했으나 이러한 본 발명에 따른 서셉터 전처리공정은 어닐링이 필요한 박막의 증착 방법 및 건 식각 공정에 사용되는 모든 서셉터를 사용하는 공정에서 쉽게 적용될 수 있음은 당업자에게는 당연한 사실이다.
본 발명에 따른 서셉터의 표면에 실리콘 화합물의 박막 증착 단계인 서셉터 전처리 공정을 통하여 구성된 서셉터를 사용하여 박막의 어닐링을 진행할 경우에, 서셉터의 표면 에칭에 의한 탄소 파티클에 의하여 반도체 소자 또는 챔버내의 환경이 오염되는 것을 효과적으로 방지할수 있게 된다.
또한 서셉터의 에칭현상을 제어하여 장비의 예방정비주기를 연장하는 것이 가능하여, 보다 안정적이며 개선된 박막의 어닐링을 가능하게 한다.

Claims (10)

  1. 어닐링장비를 이용하여 산화탄탈륨 박막이 증착된 웨이퍼의 상기 박막을 어닐링하는 공정을 위하여, 상기 웨이퍼를 상기 어닐링장비에 장착하기전에, 상기 어닐링장비내에 상기 웨이퍼가 장착되기 위한 그래파이트 재질인 서셉터를 준비하는 단계와;
    상기 어닐링장비내에 SiH4또는 Si2H6중에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 가스와, N2O 를 포함하는 반응가스를 유입시켜, 700℃이상의 환경하에서 상기 서셉터에 SiO2박막을 형성하는 단계
    를 포함하는 어닐링장비의 서셉터 전처리 방법
  2. 그래파이트재질의 서셉터를 내부에 포함하고 있는 챔버와, 상기 챔버로 각 가스를 공급하는 제 1 가스공급부와, 제 2 가스공급부를 가진 MOCVD증착 및 어닐링 장비를 구비하는 단계와;
    상기 제 1 가스공급부를 통해 SiH4또는 Si2H6중에서 선택되는 어느 하나의 전처리용 가스와, 상기 전처리용 가스와 반응하는 N2O 반응가스를 상기 챔버에 유입시켜, 700℃이상의 환경하에서 SiO2박막을 상기 서셉터 상에 형성하는 전처리단계와;
    상기 전처리단계 후 상기 서셉터에 웨이퍼를 장착하는 단계와;
    상기 제 2 가스공급부를 통해 Ta를 포함하는 소스가스를 유입시켜 상기 웨이퍼에 유전체 박막을 형성하는 단계와;
    상기 Ta 재질의 유전체박막을 어닐링하는 단계
    를 포함하는 Ta재질의 유전체박막형성방법
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