KR20040001036A - Thin film deposition method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 박막 적층 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원자층 적층의 소요 시간을 단축시킴으로써 생산성 향상을 이루도록 한 박막 적층 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film lamination method, and more particularly, to a thin film lamination method for improving productivity by shortening the time required for atomic layer lamination.
일반적으로, 반도체 소자의 고집적화에 따라 배선의 미세화가 계속 진행되고 있다. 반도체 소자에서의 미세 배선은 배선의 저항 상승을 가져오고 나아가 신호 전달 지연을 가져온다. 이러한 신호 전달 지연을 해결하기 위해 기존의 단층 배선구조를 대신하여 새로운 다층 배선 구조가 도입되기 시작하였다. 그러나, 다층 배선 구조에서 배선간의 거리 축소가 더욱 진행되면서 동일 층 배선간의 기생 용량(Parasitic Capacitance)이 증가하고 반도체 소자의 신호 전달 지연이 더욱 심화된다. 특히, 선폭이 더욱 미세화된 배선의 경우, 배선의 기생 용량으로 인한 신호 전달 지연이 반도체 소자의 동작 특성에 크게 영향을 끼친다. 배선간의 기생 용량을 저감시키기 위해서는 배선의 두께를 줄이고 층간 절연막의 두께를 늘리는 것이 바람직하다. 따라서, 배선을 비저항이 낮은 물질로 형성시키고 층간 절연막을 유전율이 낮은 물질로 형성시키는 방안의 하나로 배선 물질로서, 예를 들어 구리(Cu)가 현재 사용되고, 층간 절연막 물질로서 다양한 물질들이 제안되고 있다. 하지만, 구리의 경우, 식각 부산물의 증기압이 낮기 때문에 건식 식각의 어려움이 많다. 그래서, 최근에는 층간 절연막에 비아홀(Via Hole)이나 콘택홀과 같은 홀을 형성시키고 상기 홀에 구리를 매립시키고 평탄화시킴으로써 구리 배선을 형성시키는 다마신(Damascene) 공정이 사용되고 있다. 다마신 공정의 경우, 구리의 평탄화를 위한 화학 기계 연마(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 진행할 때 층간 절연막의 최상층으로서 식각 저지층이 요구된다. 식각 저지층의 유전율이 크면 층간 절연막의 유전율이 증가하므로 식각 저지층으로는 두께가 얇고 유전율이 낮은 물질을 사용하지 않으면 안된다. 현재, 식각 저지층으로서 사용되고 있는 물질로는 실리콘 질화막이 대표적이다.In general, the miniaturization of wiring is progressing with high integration of semiconductor devices. The fine wiring in the semiconductor device leads to an increase in the resistance of the wiring and further to a signal propagation delay. In order to solve this signal propagation delay, a new multilayer wiring structure is introduced instead of the existing single layer wiring structure. However, as the distance between the wirings is further reduced in the multilayer wiring structure, parasitic capacitance between the wirings of the same layer is increased and signal transmission delay of the semiconductor device is further deepened. In particular, in the case of wiring having a finer line width, signal transmission delay due to parasitic capacitance of the wiring greatly affects operation characteristics of the semiconductor device. In order to reduce the parasitic capacitance between wirings, it is desirable to reduce the thickness of the wirings and to increase the thickness of the interlayer insulating film. Therefore, as one of the methods for forming the wiring with a material having a low specific resistance and forming the interlayer insulating film with a material having a low dielectric constant, for example, copper (Cu) is currently used, and various materials have been proposed as the interlayer insulating film material. However, in the case of copper, dry etching is difficult due to the low vapor pressure of the etching by-product. In recent years, a damascene process has been used in which a hole such as a via hole or a contact hole is formed in an interlayer insulating film, and copper wiring is formed by embedding and planarizing copper in the hole. In the damascene process, an etch stop layer is required as the uppermost layer of the interlayer insulating film when the chemical mechanical polishing process for the planarization of copper is performed. If the dielectric constant of the etch stop layer is large, the dielectric constant of the interlayer insulating film is increased, so a material having a thin thickness and low dielectric constant must be used as the etch stop layer. Currently, silicon nitride film is a typical material used as an etch stop layer.
그런데, 종래에는 상기 식각 저지층을 원자 단위의 두께로 조절하면서 적층시킨다. 즉, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition: CVD) 공정용 반응 챔버(도시 안됨)의 기판 지지대에 반도체 기판(도시 안됨)을 장착된 상태에서 실리콘 질화막과 같은 식각 저지층의 적층을 위한 SiCl4가스를 상기 반응 챔버의 내부 공간으로 유입시킴으로써 상기 반도체 기판의 층간 절연막의 저 유전층의 바탕 물질에 화학 흡착시킨다. 이어, 상기 반응 챔버의 내부 공간으로 N2가스와 같은 퍼징(Purging) 가스를 유입시킴으로써 상기 반응 챔버 내의 잔류한 SiCl4가스를 상기 반응 챔버의 외부로 배기시킨다. 그런 다음, 상기 실리콘 질화막의 적층을 위한 NH3가스를 상기 반응 챔버의 내부 공간으로 유입시킴으로써 상기 반도체 기판의 층간 절연막의 저 유전층의 바탕 물질에 화학 흡착시킨다. 따라서, 상기 실리콘 질화막(Si3N4)이 식 1에 나타난 바와 같이, 상기 층간 절연막 상에 원자 단위의 두께로 적층된다.However, conventionally, the etch stop layer is laminated while controlling the thickness of the atomic unit. That is, SiCl 4 gas for stacking an etch stop layer such as a silicon nitride film in a state in which a semiconductor substrate (not shown) is mounted on a substrate support of a reaction chamber (not shown) for a chemical vapor deposition (CVD) process. Into the inner space of the reaction chamber is chemisorbed to the base material of the low dielectric layer of the interlayer insulating film of the semiconductor substrate. Subsequently, a purging gas such as N 2 gas is introduced into the inner space of the reaction chamber to exhaust the remaining SiCl 4 gas in the reaction chamber to the outside of the reaction chamber. Then, NH 3 gas for stacking the silicon nitride film is introduced into the inner space of the reaction chamber to be chemisorbed to the base material of the low dielectric layer of the interlayer insulating film of the semiconductor substrate. Therefore, the silicon nitride film (Si 3 N 4 ) is deposited on the interlayer insulating film in the thickness of atomic units as shown in Equation 1.
이어, 상기 반응 챔버의 내부 공간으로 상기 퍼징 가스를 유입시킴으로써 상기 반응 챔버 내의 잔류한 NH3가스를 상기 반응 챔버의 외부로 배기시킨다. 이와 같은 과정의 반복 횟수에 따라 상기 실리콘 질화막의 두께가 비례하므로 반복 적층 횟수에 따라 원하는 얇은 두께의 식각 저지층을 적층시킬 수가 있다.Subsequently, the purging gas is introduced into the inner space of the reaction chamber to exhaust the NH 3 gas remaining in the reaction chamber to the outside of the reaction chamber. Since the thickness of the silicon nitride film is proportional to the number of repetitions of the above process, an etch stop layer having a desired thin thickness may be laminated according to the number of repeated laminations.
그러나, 종래에는 하나의 반응 챔버에 SiCl4가스와 NH3가스를 순차적으로 유입시켜서 식각 저지층용 실리콘 질화막을 원자 단위의 두께로 적층시키기 때문에 적층율이 매우 낮다. 이로써, 원하는 두께의 식각 저지층을 형성하는데 많은 시간이 소요되고 나아가 생산성 저하가 불가피하다.However, conventionally, since the SiCl 4 gas and the NH 3 gas are sequentially introduced into one reaction chamber, the silicon nitride film for the etch stop layer is laminated at an atomic thickness, and thus the lamination rate is very low. As a result, it takes a long time to form an etch stop layer of a desired thickness, and furthermore, productivity is inevitable.
또한, 상기 식각 저지층을 예를 들어 플라즈마를 이용한 화학 기상 증착 공정에 의해 적층시키기 때문에 상기 식각 저지층의 밀도가 낮다. 그래서, 상기 식각 저지층의 치밀화를 위해 상기 식각 저지층을 고온 열처리 공정에 의해 치밀화시켜주어야 하는데, 이는 후속 공정에서의 열적 부담(Thermal Budget)을 심화시킨다. 또한, 상기 식각 저지층으로서 저 유전율의 얇은 층을 원자 단위의 두께로 정밀하게 조절하는데 어려움이 많다. 그리고, 상기 식각 저지층에 불순물이 유입될 가능성이 높으므로 상기 식각 저지층의 품질 저하를 방지하기가 어렵다.In addition, since the etch stop layer is laminated by, for example, a chemical vapor deposition process using plasma, the density of the etch stop layer is low. Thus, in order to densify the etch stop layer, the etch stop layer must be densified by a high temperature heat treatment process, which deepens the thermal budget in subsequent processes. In addition, it is difficult to precisely control the low dielectric constant thin layer as the etch stop layer by the thickness of the atomic unit. In addition, since impurities are likely to flow into the etch stop layer, it is difficult to prevent deterioration of the etch stop layer.
따라서, 본 발명의 목적은 원자 단위의 두께로 막을 적층시키면서도 적층 시간을 단축시킴으로써 생산성 향상을 이루도록 한 박막 적층 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a thin film lamination method in which productivity is improved by shortening the lamination time while laminating films with a thickness in atomic units.
본 발명의 다른 목적은 적층 막의 증착율을 향상시키도록 한 박막 적층 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a thin film lamination method for improving the deposition rate of the laminated film.
본 발명의 또 다른 목적은 적층 막의 특성을 향상시키도록 한 박막 적층 방법을 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a thin film lamination method for improving the properties of the laminated film.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 의한 박막 적층 방법에 적용된 박막 적층 장치를 나타낸, 서로 교차되는 방향의 종단면도.1A and 1B are longitudinal cross-sectional views showing directions of thin film lamination apparatuses applied to the thin film lamination method according to the present invention, which cross each other.
도 2는 본 발명에 의한 박막 적층 장치에 적용된 박막 적층 장치의 요부를 나타낸 횡단면도.2 is a cross sectional view showing a main portion of a thin film lamination device applied to a thin film lamination device according to the present invention;
도 3은 본 발명에 의한 박막 적층 방법을 나타낸 플로우차트.3 is a flowchart showing a thin film stacking method according to the present invention;
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 박막 적층 방법은The thin film lamination method according to the present invention for achieving the above object
지지대 상에 지지된 1장 이상의 복수개의 웨이퍼들을 상기 지지대의 일방향 수평 회전에 의해 상기 지지대 상의 커버체 내에 서로 독립하여 마련된 제 1 반응 영역, 제 1 퍼징 영역, 제 2 반응 영역 및 제 2 퍼징 영역의 순서로 순환 이송시키고, 상기 제 1 반응 영역에서 제 1 반응 가스에 의해 상기 웨이퍼에 흡착 반응시키고, 상기 제 1 퍼징 영역에서 퍼징 가스에 의해 상기 제 1 반응 가스의 잔존 가스를 퍼징, 제거시키고, 상기 제 2 반응 영역에서 제 2 반응 가스에 의해 상기 웨이퍼에 흡착 반응시키고, 상기 제 2 퍼징 영역에서 상기 퍼징 가스에 의해 상기 제 2 반응 가스의 잔존 가스를 퍼징, 제거시킴으로써 소정의 막을 원자층의 두께로 적층시키는 것을 특징으로 한다.The first reaction region, the first purging region, the second reaction region, and the second purging region of one or more wafers supported on the support are provided independently of each other in the cover body on the support by one-way horizontal rotation of the support. Sequentially circulating and conveying, adsorbing and reacting the wafer with the first reaction gas in the first reaction region, purging and removing the remaining gas of the first reaction gas with the purging gas in the first purging region, By adsorbing and reacting the wafer with a second reaction gas in a second reaction region, and purging and removing the remaining gas of the second reaction gas by the purging gas in the second purging region, a predetermined film is reduced to an atomic layer thickness. It is characterized by laminating.
바람직하게는, 상기 제 1 반응 영역, 제 1 퍼징 영역, 제 2 반응 영역 및 제 2 퍼징 영역을 상기 영역들 사이의 차단벽에 의해 서로 독립시킬 수가 있다. 또한, 상기 영역들 사이에서의 웨이퍼 이송을 위해 상기 차단벽을 개폐시키는 것이 바람직하다.Preferably, the first reaction region, the first purging region, the second reaction region, and the second purging region may be separated from each other by a barrier wall between the regions. It is also desirable to open and close the barrier wall for wafer transfer between the regions.
바람직하게는, 상기 제 1, 2 반응 가스를 플라즈마 발생 장치에 의해 플라즈마 상태로 만든 후 상기 제 1, 2 반응 영역으로 유입시킬 수가 있다.Preferably, the first and second reaction gases may be made into a plasma state by a plasma generating apparatus and then introduced into the first and second reaction regions.
이하, 본 발명에 의한 박막 적층 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a thin film lamination method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 의한 박막 적층 방법에 적용된 박막 적층 장치를 서로 교차하는 방향으로 각각 절단한 요부 종단면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 박막 적층 장치를 나타낸 횡단면도이다. 설명의 편의상 도 1a, 도 1b 및 도 2를 연관하여 설명하기로 한다.1A and 1B are principal part longitudinal sectional views which cut | disconnected the thin film lamination | stacking apparatus applied to the thin film lamination | stacking method by this invention in the direction which mutually crossed, respectively, and FIG. 2 is a cross-sectional view which shows the thin film lamination | stacking apparatus which concerns on this invention. For convenience of description, FIG. 1A, FIG. 1B, and FIG. 2 will be described with reference.
도 1a, 도 1b 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 박막 적층 장치는 지지대(10)가 평면적으로 대략 원형 형상을 이루며 수평으로 배치되고, 커버체(20)가 반응 공간을 확보하기 위해 지지대(10)의 상측부를 커버하고, 차단벽(30)이 제 1, 2 반응 영역들(11),(13) 및 제 1, 2 퍼징 영역(12),(14)을 각각 차단시키도록 지지대(10)의 지정된 부분 상에 설치되고, 회전축(40)이 지지대(10)의 중심부에 수직으로 배치되어 지지대(10)를 수평 회전시킨다. 또한, 제 1 반응 가스인 SiCl4가스와 제 2 반응 가스인 NH3가스가 커버체(20)의 유입구(21),(23)를 거쳐 반응 영역들(11),(13)로 유입되고, N2가스와 같은 퍼징 가스가 커버체(20)의 유입구(22),(24)를 거쳐 퍼징 영역들(12),(14)로 유입된다. 플라즈마 발생 장치(51),(53)가 유입구(21),(23)로부터 전방측으로 일정 거리를 두고 설치되어, 유입구(21),(23)로 유입될 상기 반응 가스를 미리 플라즈마 상태로 만들어서 주는데, 이는 반응물의 결합력을 강화시킴으로써 적층 막의 특성을 향상시키고 증착율을 향상시키기 위함이다.As shown in Figure 1a, 1b and 2, in the thin film lamination apparatus of the present invention, the support base 10 is arranged horizontally in a substantially circular shape in a plane, the cover body 20 to secure a reaction space The upper part of the support 10 is covered, and the blocking wall 30 blocks the first and second reaction regions 11 and 13 and the first and second purging regions 12 and 14, respectively. It is provided on the designated part of 10, and the rotating shaft 40 is arrange | positioned perpendicularly to the center part of the support 10, and rotates the support 10 horizontally. In addition, the first reaction gas SiCl 4 gas and the second reaction gas NH 3 gas are introduced into the reaction regions 11 and 13 through the inlets 21 and 23 of the cover body 20. A purging gas, such as N 2 gas, flows into the purging regions 12 and 14 through the inlets 22 and 24 of the cover body 20. Plasma generators 51 and 53 are installed at a predetermined distance from the inlets 21 and 23 to the front side to make the reaction gas to be introduced into the inlets 21 and 23 into a plasma state in advance. This is to improve the properties of the laminated film and to improve the deposition rate by strengthening the binding force of the reactants.
한편, 반응 가스로서 2종의 SiCl4가스 및 NH3가스가 사용되기 때문에 4개의 영역(11),(12),(13),(14)이 구분되지만, 반응 가스가 3종 이상인 경우에는 해당 영역이 6개 영역으로 구분될 수 있다. 또한, 도면에 도시되지 않았으나, 영역들(11),(12),(13),(14)의 반응 공간으로부터 반응 가스나 퍼징 가스를 배기시키는 배기구들이 각각 설치되고, 상기 반응 공간의 압력을 조절, 유지시켜주기 위한 진공 펌핑 장치 등이 설치되고, 영역들(11),(12),(13),(14)의 커버체(20)의 일측에 웨이퍼(1)의 로딩/언로딩을 위해 개폐용 도아가 설치되어 있음은 자명한 사실이다. 상기 도아는 수직 상하 이동식 또는 수평 좌우 이동식으로 이루어질 수 있다. 또한, 차단벽(30)은 웨이퍼들(1)의 이송을 위해 지지대(10)를 반시계 방향으로 수평 회전시킬 때 수직 상향 이동하는 수직 상하 이동식으로 사용 가능하다. 이외에도 통상적으로 설치 가능한 부분들은 발명의 요지와 관련성이 적으므로 발명의 이해를 돕기 위해 이에 대한 기술은 생략하기로 한다.On the other hand, since two kinds of SiCl 4 gas and NH 3 gas are used as the reaction gas, four regions 11, 12, 13, and 14 are divided, but in the case of three or more reaction gases, The area can be divided into six areas. In addition, although not shown in the drawings, exhaust ports for exhausting the reaction gas or purging gas from the reaction spaces of the regions 11, 12, 13, and 14 are respectively provided, and the pressure of the reaction space is adjusted. And a vacuum pumping device for maintaining the same, and for loading / unloading the wafer 1 on one side of the cover body 20 of the regions 11, 12, 13, and 14. It is obvious that an opening and closing door is installed. The door may be vertically movable or horizontally moved horizontally. In addition, the barrier wall 30 may be used to move vertically upward and downward when the support 10 is horizontally rotated counterclockwise for the transfer of the wafers 1. In addition, since generally installable parts are less relevant to the gist of the invention, description thereof will be omitted to help the understanding of the invention.
이와 같이 구성되는 박막 적층 장치의 박막 적층 방법을 도 3을 참조하여 설명하면, 먼저, 실리콘 질화막과 같은 식각 저지층의 적층을 위한 다수개의 웨이퍼들을 장착한 웨이퍼 캐리어(도시 안됨)가 로딩/언로딩부(도시 안됨)에 놓여진 상태에서 수직축(40)을 예를 들어 반시계 방향의 수평 회전시키고 이에 연동하여 지지대(10)를 반시계 방향으로 회전시킨다. 이에 따라, 제 1 반응 영역(11)이 상기 로딩/언로딩부의 전방부에 도달하면, 단계(S11)에서 제 1 반응 영역(11)의 커버체(20)의 개폐용 도아(도시 안됨)를 개방시키고, 상기 웨이퍼 캐리어의 웨이퍼들(1)을 1개씩 로딩/언로딩용 로봇암(도시 안됨)에 의해 제 1 반응 영역(11)의 지지대(10)의 지정된 부분 상에 로딩시킨다. 여기서, 제 1 반응 영역(11)의 지지대(10) 상에 1개 이상의 복수개, 예를 들어 2개의 웨이퍼(1)를 로딩시키고 나면, 상기 도아를 폐쇄시킨다.The thin film lamination method of the thin film lamination apparatus configured as described above will be described with reference to FIG. 3. First, a wafer carrier (not shown) equipped with a plurality of wafers for laminating an etch stop layer such as a silicon nitride film is loaded / unloaded. In the state (not shown), the vertical axis 40 is rotated horizontally in the counterclockwise direction, for example, and the support 10 is rotated counterclockwise in conjunction with this. Accordingly, when the first reaction region 11 reaches the front portion of the loading / unloading portion, the door for opening and closing the cover body 20 of the first reaction region 11 (not shown) is removed in step S11. The wafers 1 of the wafer carrier are loaded one by one on a designated portion of the support 10 of the first reaction region 11 by a robot arm for loading / unloading (not shown). Here, after loading one or more plural, for example, two wafers 1 on the support 10 of the first reaction region 11, the door is closed.
이어서, 단계(S13)에서 제 1 반응 가스로서 SiCl4가스를 유입구(21)를 거쳐 제 1 반응 영역(11)으로 유입시킨다. 이에 따라, 상기 SiCl4가스가 웨이퍼들(1)의 표면에 흡착한다. 이때, 플라즈마 발생 장치(51)가 유입구(21)로부터 전방측으로 일정 거리를 두고 설치되어 있으므로 상기 SiCl4가스가 유입구(21)를 거쳐 제 1 반응 영역(11)의 반응 공간으로 유입되기 전에 미리 플라즈마 상태로 만들어주는 것이 바람직하다. 이는 반응물의 결합력을 강화시킴으로써 적층 막의 특성을 향상시키고 증착율을 향상시키기 위함이다.Subsequently, in step S13, SiCl 4 gas is introduced into the first reaction region 11 through the inlet 21 as the first reaction gas. Accordingly, the SiCl 4 gas is adsorbed on the surfaces of the wafers 1. At this time, since the plasma generating device 51 is provided at a predetermined distance from the inlet 21 to the front side, the plasma is previously introduced before the SiCl 4 gas flows into the reaction space of the first reaction region 11 through the inlet 21. It is desirable to make the state. This is to enhance the adhesion of the reactants to improve the properties of the laminated film and to improve the deposition rate.
상기 SiCl4가스의 흡착이 완료되면, 단계(S15)에서 제 1 반응 영역(11)의 지지대(10)의 부분을 제 1 퍼징 영역(12)으로 이동시키도록 수직축(40)을 반시계 방향으로 수평 회전시키고 이에 연동하여 지지대(10)를 반시계 방향으로 수평 회전시킨다. 따라서, 제 1 반응 영역(11)의 웨이퍼들(1)이 제 1 퍼징 영역(12)으로 이송된다.When the adsorption of the SiCl 4 gas is completed, the vertical axis 40 is rotated counterclockwise to move the portion of the support 10 of the first reaction region 11 to the first purging region 12 in step S15. Horizontally rotate and interlock with it to rotate the support 10 in a counterclockwise direction. Thus, the wafers 1 of the first reaction region 11 are transferred to the first purging region 12.
그런 다음, 단계(S17)에서 퍼징 가스로서 N2가스를 커버체(20)의 유입구(22)를 거쳐 제 1 퍼징 영역(12)으로 유입시킨다. 이에 따라, SiCl4의 잔존 가스가 모두 배기된다.Then, in step S17, N 2 gas is introduced into the first purging region 12 via the inlet port 22 of the cover body 20 as the purging gas. As a result, all remaining gas of SiCl 4 is exhausted.
상기 SiCl4가스가 배기되고 나면, 단계(S19)에서 제 1 퍼징 영역(12)의 지지대(10)의 부분을 제 2 반응 영역(13)으로 이동시키도록 수직축(40)을 반시계 방향으로 수평 회전시키고 이에 연동하여 지지대(10)를 반시계 방향으로 수평 회전시킨다. 따라서, 제 1 퍼징 영역(12)의 웨이퍼들(1)이 제 2 반응 영역(13)으로 이송된다.After the SiCl 4 gas is exhausted, the vertical axis 40 is horizontally counterclockwise to move the portion of the support 10 of the first purging region 12 to the second reaction region 13 in step S19. Rotate and interlock with it to rotate the support 10 in a counterclockwise direction. Thus, the wafers 1 of the first purging region 12 are transferred to the second reaction region 13.
그런 다음, 단계(S21)에서 제 2 반응 가스로서 NH3가스를 유입구(23)를 거쳐 제 2 반응 영역(13)으로 유입시킨다. 이에 따라, 상기 NH3가스가 웨이퍼들(1)의 표면에 흡착한다. 따라서, 상기 실리콘 질화막이 웨이퍼들(1) 상에 하나의 원자 두께로 적층된다. 이때, 플라즈마 발생 장치(53)가 유입구(23)로부터 전방측으로 일정 거리를 두고 설치되어 있으므로 상기 NH3가스가 유입구(23)를 거쳐 제 2 반응 영역(13)으로 유입되기 전에 미리 플라즈마 상태로 만들어주는 것이 바람직하다.Then, NH 3 gas is introduced into the second reaction region 13 through the inlet port 23 as the second reaction gas in step S21. Accordingly, the NH 3 gas is adsorbed on the surfaces of the wafers 1. Thus, the silicon nitride film is deposited on the wafers 1 in an atomic thickness. At this time, since the plasma generating device 53 is provided at a predetermined distance from the inlet 23 to the front side, the NH 3 gas is made into a plasma state before the inlet 23 is introduced into the second reaction region 13. It is desirable to give.
상기 NH3가스의 흡착이 완료되면, 단계(S23)에서 제 2 반응 영역(13)의 지지대(10)의 부분을 제 2 퍼징 영역(14)으로 이동시키도록 수직축(40)을 반시계 방향으로 수평 회전시키고 이에 연동하여 지지대(10)를 반시계 방향으로 수평 회전시킨다. 따라서, 제 2 반응 영역(13)의 웨이퍼들(1)이 제 2 퍼징 영역(14)으로 이송된다.When the adsorption of the NH 3 gas is completed, the vertical axis 40 is rotated counterclockwise to move the portion of the support 10 of the second reaction region 13 to the second purging region 14 in step S23. Horizontally rotate and interlock with it to rotate the support 10 in a counterclockwise direction. Thus, the wafers 1 of the second reaction region 13 are transferred to the second purging region 14.
그런 다음, 단계(S25)에서 퍼징 가스로서 N2가스를 커버체(20)의 유입구(24)를 거쳐 제 2 퍼징 영역(14)으로 유입시킨다. 이에 따라, NH3의 잔존 가스가 배기된다.Then, in step S25, N 2 gas is introduced into the second purging region 14 via the inlet 24 of the cover body 20 as the purging gas. As a result, the remaining gas of NH 3 is exhausted.
이러한 일련의 원자층 적층 과정에 의해 웨이퍼들(1) 상에 실리콘 질화막이하나의 원자층 두께로 적층된다.By this series of atomic layer deposition processes, a silicon nitride film is deposited on the wafers 1 to an atomic layer thickness.
상기 NH3가스의 배기가 완료되고 나면, 단계(S27)에서 제 2 퍼징 영역(14)의 지지대(10)의 부분을 제 1 반응 영역(11)으로 이동시키도록 수직축(40)을 반시계 방향으로 수평 회전시키고 이에 연동하여 지지대(10)를 반시계 방향으로 수평 회전시킨다. 따라서, 제 2 퍼징 영역(14)의 웨이퍼들(1)이 제 1 반응 영역(11)으로 이송된다.After the exhaust of the NH 3 gas is completed, the vertical axis 40 is rotated counterclockwise to move the portion of the support 10 of the second purging region 14 to the first reaction region 11 in step S27. Horizontally rotated in conjunction with the support 10 is rotated horizontally in the counterclockwise direction. Thus, the wafers 1 of the second purging region 14 are transferred to the first reaction region 11.
이후, 단계(S29)에서 두께 측정 장치(도시 안됨)를 이용하여 현재 적층된 실리콘 질화막의 두께가 원하는 두께인 지를 판단한다. 이때, 현재 적층된 실리콘 질화막의 두께가 원하는 두께보다 얇으면, 상기 실리콘 질화막의 반복 증착을 위해 단계(S13)로 되돌아간다.Thereafter, in step S29, it is determined whether the thickness of the currently deposited silicon nitride film is a desired thickness using a thickness measuring device (not shown). At this time, if the thickness of the currently deposited silicon nitride film is thinner than the desired thickness, the process returns to step S13 for repeated deposition of the silicon nitride film.
반면에, 현재 적층된 실리콘 질화막의 두께가 원하는 두께로 두꺼워지면, 단계(S31)에서 제 1 반응 영역(11)의 커버체(20)의 개폐용 도아(도시 안됨)를 개방시키고, 제 1 반응 영역(11)의 지지대(10) 상의 적층 완료된 2개 웨이퍼들(1)을 로딩/언로딩용 로봇암(도시 안됨)에 의해 상기 웨이퍼 캐리어에 언로딩시킨 후 상기 도아를 폐쇄시킨다.On the other hand, if the thickness of the currently deposited silicon nitride film is thick to the desired thickness, in step S31 the opening and closing door (not shown) of the cover body 20 of the first reaction region 11 is opened, and the first reaction is performed. The stacked two wafers 1 on the support 10 of the region 11 are unloaded into the wafer carrier by a robot arm (not shown) for loading / unloading and then the door is closed.
한편, 본 발명은 설명의 편의상, 제 1, 2 반응 영역과 제 1, 2 퍼징 영역 중 특정 영역에서만 웨이퍼가 공정 처리될 때 나머지 영역들에서는 웨이퍼가 전혀 공정 처리되지 않는 것처럼 기술하였으나, 실제로는 생산성 향상을 위해 제 1, 2 반응 영역과 제 1, 2 퍼징 영역에서 웨이퍼들이 동시에 해당 공정으로 처리되는 것은자명한 사실이다.In the meantime, for convenience of description, when the wafer is processed only in a specific region among the first and second reaction regions and the first and second purging regions, the present invention is described as though the wafer is not processed at all in the remaining regions. It is obvious that the wafers are simultaneously processed in the first and second reaction zones and the first and second purging zones for the purpose of improvement.
따라서, 본 발명은 하나의 반응 영역에 제 1 반응 가스 유입, 퍼징 가스 유입, 제 2 반응 가스 유입, 퍼징 가스 유입이 모두 진행되는 종래와는 달리, 하나의 적층 장치의 밀폐된 제 1, 2 반응 영역에 각각 제 1, 2 반응 가스를 유입시키고, 제 1, 2 퍼징 영역에 퍼징 가스를 유입시킨다. 더욱이, 제 1, 2 반응 영역 및 제 1, 2 퍼징 영역에서의 웨이퍼들이 동시에 해당 공정으로 처리된다.Therefore, in the present invention, unlike the conventional process in which the first reaction gas inlet, the purging gas inlet, the second reaction gas inlet, and the purging gas inlet all proceed in one reaction zone, the first and second reactions of the one laminating apparatus are sealed. The first and second reaction gases are introduced into the region, respectively, and the purging gas is introduced into the first and second purging regions. Moreover, wafers in the first and second reaction zones and the first and second purging zones are simultaneously processed in the corresponding process.
따라서, 본 발명은 원자층 적층 공정을 이용하여 식각 저지층과 같은 박막의 적층 생산성을 향상시킬 수가 있다. 또한, 반응 영역에 유입되기 전에 미리 반응 가스를 플라즈마 상태로 만들어줌으로써 식각 저지층의 특성을 향상시키고 증착율을 향상시킬 수가 있다.Therefore, the present invention can improve the lamination productivity of a thin film such as an etch stop layer by using an atomic layer deposition process. In addition, it is possible to improve the characteristics of the etch stop layer and the deposition rate by making the reaction gas into a plasma state before entering the reaction region.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 박막 적층 방법은 수평 회전 가능한 지지대 상에 웨이퍼를 로딩시키고, 지지대 상에 설치된 커버체 내의 서로 밀폐 차단된 제 1 반응 영역, 제 1 퍼징 영역, 제 2 반응 영역 및 제 2 퍼징 영역에서 각각 웨이퍼들을 동시에 해당 공정으로 처리시킨다. 제 1 반응 영역에서 웨이퍼를 제 1 반응 가스에 의해 반응시키고, 제 1 퍼징 영역에서 제 1 반응 가스의 잔존 가스를 퍼징하여 제거시키고, 제 2 반응 영역에서 웨이퍼를 제 2 반응 가스에 의해 반응시키고, 제 2 퍼징 영역에서 제 2 반응 가스의 잔존 가스를 퍼징하여 제거시킨다. 각 영역 사이의 웨이퍼 이송이 지지대의 수평 회전에 의해 이루어진다.As described above, the thin film stacking method according to the present invention loads a wafer on a horizontally rotatable support, and seals the first reaction region, the first purging region, and the second reaction region in a cover body provided on the support. And in the second purging region, each wafer is simultaneously processed in a corresponding process. Reacting the wafer by the first reaction gas in the first reaction zone, purging and removing the remaining gas of the first reaction gas in the first purging zone, reacting the wafer by the second reaction gas in the second reaction zone, The remaining gas of the second reaction gas is purged and removed in the second purging region. The wafer transfer between the regions is made by the horizontal rotation of the support.
따라서, 본 발명은 원자층 적층 공정을 이용한 박막 적층의 생산성을 향상시킬 수가 있다. 또한, 제 1, 2 반응 가스가 제 1, 2 반응 영역으로 진입되기 전에 미리 플라즈마 발생 장치에 의해 플라즈마 상태로 만들어줌으로서 박막을 높은 증착율로 적층시킬 수가 있고 박막 특성을 향상시킬 수가 있다.Therefore, this invention can improve the productivity of thin film lamination using the atomic layer lamination process. In addition, before the first and second reaction gases enter the first and second reaction regions, the plasma generating apparatus is made into a plasma state in advance so that the thin films can be laminated at a high deposition rate and the thin film characteristics can be improved.
한편, 본 발명은 도시된 도면과 상세한 설명에 기술된 내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형도 가능함은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.On the other hand, the present invention is not limited to the contents described in the drawings and detailed description, it is obvious to those skilled in the art that various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. .
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