(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対する工程が行われるチャンバ；
前記チャンバの内部に設けられ，前記基板が載置される基板支持台；及び
前記チャンバの内部に反応ガスを供給する流入口及び前記チャンバ内部に供給された前記反応ガスを排出する流出口が対称をなして形成されるシャワーヘッド；及び
前記基板支持台に連結され前記基板支持台とともに昇降する昇降軸及び前記昇降軸を駆動して前記基板支持台の上部に工程領域が形成される工程位置及び前記基板支持台の上部に前記基板が載置される解除位置に前記基板支持台を切り替える駆動部をさらに含み，
前記シャワーヘッドは，前記基板支持台が前記工程位置にある時，前記基板支持台の上部面のエッジと隣接する対向面及び前記対向面に形成され前記上部面のエッジに遮断ガスを吐出する下部吐出口を有し，
前記反応ガスは，前記チャンバの内部で前記基板と略同じ方向に流れることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記シャワーヘッドは，前記流入口に連結され前記反応ガスの流動方向に沿って断面積が増加する１つ以上の拡散流路を有することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記シャワーヘッドは，前記流入口に連結され前記反応ガスの流動方向に沿って断面積が増加する複数の拡散流路と前記拡散流路を互いに連結する流入連結流路とを有することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記拡散流路は，上下に配置されることを特徴とする請求項３記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記シャワーヘッドは，前記流出口に連結され前記反応ガスの流動方向に沿って断面積が減少する複数の収斂流路と前記収斂流路を互いに連結する流出連結流路とを有することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記シャワーヘッドは，中央部分が中空になっているリング形状で，
前記基板処理装置は，前記中央部分に対応するように前記チャンバの上部に設けられ前記チャンバの内部に電界(electric field)を形成するアンテナを含み，
前記アンテナは，あらかじめ設定された中心線を基準に対称をなすように配置される第１及び第２アンテナを備え，
前記第１アンテナは，第１及び第２半径をそれぞれ有しあらかじめ設定された中心線を基準に一側及び他側にそれぞれ位置する半円形状の第１内側アンテナ及び第１中間アンテナと，前記第１内側アンテナ及び前記第１中間アンテナを互いに連結する第１連結アンテナと，を有し，
前記第２アンテナは，前記第１及び第２半径をそれぞれ有し前記中心線を基準に一側及び他側にそれぞれ位置する半円形状の第２中間アンテナ及び第２内側アンテナと，前記第２中間アンテナ及び前記第２内側アンテナを互いに連結する第２連結アンテナと，を備えることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記遮断ガスは，不活性ガスであることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，基板処理装置に関し，さらに詳しくは，対称をなして形成された流入口と流出口を介して反応ガスを供給する基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は，シリコン基板上に多くの層(layers)を持っており，このような層は，蒸着工程を介して基板上に蒸着される。このような蒸着工程は，いくつかの重要な課題をもっており，このような課題は，蒸着された膜を評価し蒸着方法を選択するにあたって重要である。
【０００３】
第一の課題は，蒸着された膜の「質(quality)」である。これは組成(composition)，汚染度(contamination levels)，欠陥密度(defect density)，そして機械的・電気的特性（mechanical and electrical properties）を意味する。膜の組成は，蒸着条件に応じて変わり得るもので，これは，特定の組成（specific composition）を得るために非常に重要である。
【０００４】
第二の課題は，ウエハを横切る均一な厚さ(uniform thickness)である。特に，段差(step)が形成された非平面(nonplanar)形状のパターン上部に蒸着された膜の厚さが非常に重要である。蒸着された膜の厚さが均一であるか否かは段差をなす部分に蒸着された最小厚さをパターンの上部面に蒸着された厚さで割った値で定義される段差被覆性；ステップカバレージ(step coverage)によって判断できる。
【０００５】
蒸着に関わる第三の課題は，空間を満たすこと(filling space)である。これは，金属ラインの間を酸化膜を含む絶縁膜で満たすギャップフィル(gap filling)を含む。ギャップは，金属ラインを物理的及び電気的に絶縁させるために提供される。
【０００６】
このような課題のうち，均一度は蒸着工程に関わる重要な課題の１つであり，不均一な膜は，金属配線(metal line)上で高い電気抵抗(electrical resistance)をもたらし，機械的な破損の可能性を増加させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は，工程の均一性を確保できるプラズマ処理装置及びプラズマアンテナを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は，次の詳細な説明と添付図面によって明確になる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態によれば，基板処理装置は，基板に対する工程が行われるチャンバ；前記チャンバの内部に設けられ，前記基板が載置される基板支持台；及び前記チャンバの内部に反応ガスを供給する流入口及び前記チャンバ内部に供給された前記反応ガスを排出する流出口が対称をなして形成されるシャワーヘッドを備え，前記反応ガスは，前記チャンバの内部で前記基板と略同じ方向に流れる。
【００１０】
前記シャワーヘッドは，前記流入口に連結され前記反応ガスの流動方向に沿って断面積が増加する１つ以上の拡散流路を有し得る。
【００１１】
前記シャワーヘッドは，前記流入口に連結され前記反応ガスの流動方向に沿って断面積が増加する複数の拡散流路と前記拡散流路を互いに連結する流入連結流路とを有し得る。
【００１２】
前記拡散流路は，縦に配置され得る。
【００１３】
前記シャワーヘッドは，前記流出口に連結され前記反応ガスの流動方向に沿って断面積が減少する複数の収斂流路と前記収斂流路を互いに連結する流出連結流路とを有し得る。
【００１４】
前記シャワーヘッドは，中央部分が中空になっているリング形状で，前記基板処理装置は，前記中央部分に対応するように前記チャンバの上部に設けられ前記チャンバの内部に電界(electric field)を形成するアンテナを含み，前記アンテナは，あらかじめ設定された中心線を基準に対称をなすように配置される第１及び第２アンテナを備え，前記第１アンテナは，第１及び第２半径をそれぞれ有しあらかじめ設定された中心線を基準に一側及び他側にそれぞれ位置する半円形状の第１内側アンテナ及び第１中間アンテナと，前記第１内側アンテナ及び前記第１中間アンテナを互いに連結する第１連結アンテナと，を有し，前記第２アンテナは，前記第１及び第２半径をそれぞれ有し前記中心線を基準に一側及び他側にそれぞれ位置する半円形状の第２中間アンテナ及び第２内側アンテナと，前記第２中間アンテナ及び前記第２内側アンテナを互いに連結する第２連結アンテナと，を備えることができる。
【００１５】
前記基板処理装置は，前記基板支持台に連結され前記基板支持台とともに昇降する昇降軸及び前記昇降軸を駆動して前記基板支持台の上部に工程領域が形成される工程位置及び前記基板支持台の上部に前記基板が載置される解除位置に前記基板支持台を切り替える駆動部をさらに含み，前記シャワーヘッドは，前記基板支持台が前記工程位置にある時，前記基板支持台の上部面のエッジと隣接する対向面及び前記対向面に形成され前記上部面のエッジに遮断ガスを吐出する下部吐出口を有し得る。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば，チャンバ内に均一な密度を有するプラズマを生成できる。また，プラズマを用いる被処理体に対する工程均一度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態による基板処理装置を概略的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による基板処理装置を概略的に示す図である。
【図３】図２に示すシャワーヘッドの流入口部分を拡大した図である。
【図４】図２に示すシャワーヘッドの流出口部分を拡大した図である。
【図５Ａ】図１に示すシャワーヘッドによる流動を示す図である。
【図５Ｂ】図１に示すシャワーヘッドによる流動を示す図である。
【図５Ｃ】図１に示すシャワーヘッドによる流動を示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態によるシャワーヘッドの流入口部分を拡大した図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態によるシャワーヘッドの流入口部分を拡大した図である。
【図８】図１に示すアンテナを概略的に示す平面図である。
【図９】図１に示す調節プレートの厚さと基板の蒸着率との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施形態によるサイクリック薄膜蒸着方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施形態によるサイクリック薄膜蒸着方法を示すダイアグラムである。
【図１２Ａ】本発明の実施形態によるシリコンを蒸着するステップを示す断面図である。
【図１２Ｂ】本発明の実施形態によるシリコンを蒸着するステップを示す断面図である。
【図１２Ｃ】本発明の実施形態によるシリコンを蒸着するステップを示す断面図である。
【図１３】本発明の実施形態によるシリコン薄膜を形成した様子を示す断面図である。
【図１４Ａ】本発明の実施形態によるシリコン薄膜をシリコンが含まれる絶縁膜に形成するステップを示す断面図である。
【図１４Ｂ】本発明の実施形態によるシリコンが含まれた第２パージステップを行った様子を示す断面図である。
【図１５】本発明の他の実施形態によるシリコンが含まれた絶縁膜を形成した様子を示す断面図である。
【図１６】本発明のさらに他の実施形態によるサイクリック薄膜蒸着方法を示すフローチャートである。
【図１７】本発明のさらに他の実施形態によるサイクリック薄膜蒸着方法を示すダイアグラムである。
【図１８Ａ】本発明のさらに他の実施形態によるシリコンを蒸着するステップを示す断面図である。
【図１８Ｂ】本発明のさらに他の実施形態によるシリコンを蒸着するステップを示す断面図である。
【図１８Ｃ】本発明のさらに他の実施形態によるシリコンを蒸着するステップを示す断面図である。
【図１９Ａ】本発明のさらに他の実施形態によるシリコンが含まれる絶縁膜を形成するステップを示す断面図である。
【図１９Ｂ】本発明のさらに他の実施形態によるシリコンが含まれる絶縁膜を形成するステップを示す断面図である。
【図１９Ｃ】本発明のさらに他の実施形態によるシリコンが含まれる絶縁膜を形成するステップを示す断面図である。
【図２０】本発明のさらに他の実施形態による複数のシリコンが含まれる絶縁膜を形成した様子を示す断面図である。
【図２１Ａ】本発明のさらに他の実施形態による絶縁膜を緻密化するステップを示す断面図である。
【図２１Ｂ】本発明のさらに他の実施形態による絶縁膜を緻密化するステップを示す断面図である。
【図２２】本発明のさらに他の実施形態によるシリコンが含まれた絶縁膜を形成した様子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１及び図２は，本発明の一実施形態による基板処理装置を概略的に示す図である。図１及び図２に示すように，基板処理装置は，基板に対する工程が行われるチャンバを含み，チャンバは外部から遮断される内部空間を提供して工程進行時に基板を外部から遮断する。チャンバは，上部が開放された形状の下部チャンバ１０と上部チャンバ１０の上部を開閉するチャンバ蓋１２を備え，チャンバ蓋１２は，固定リング３２によって下部チャンバ１０の上部に固定される。
【００１９】
下部チャンバ１０は，一側壁に形成された通路１４を有し，基板は，通路１４を介して下部チャンバ１０の内部を出入する。通路１４は，下部チャンバ１０の外部に設けられたゲートバルブ１６によって開閉される。また，下部チャンバ１０の他側壁には排気口１８が形成され，排気口１８は，排気ライン１９ａに連結される。排気ライン１９ａは，真空ポンプ（図示せず）に連結され，基板が下部チャンバ１０の内部に伝達された後，工程が進む前のステップで，排気口１８を介して下部チャンバ１０内部のガスを排気して下部チャンバ１０の内部に真空を形成できる。
【００２０】
基板は，ゲートバルブ１６によって開放された通路１４を介して下部チャンバ１０の内部に移動し，内部空間内に設けられた支持台１１の上部に載置される。この時，図１に示すように，支持台１１は，下部チャンバ１０の下部に位置する（「解除位置」）。支持台１１上には複数のリフトピン１１ａが提供され，リフトピン１１ａは，起立した状態で支持台１１の上部に移動した基板を支持する。支持台１１が下部チャンバ１０の下部に位置した状態で，リフトピン１１ａの下端は，下部チャンバ１０の下部壁によって支持され，リフトピン１１ａの上端は，支持台１１の上部面から突出した状態を維持するため，基板は，リフトピン１１ａによって支持台１１から離隔して位置する。
【００２１】
支持台１１は，昇降軸１３に連結され，昇降軸１３は，駆動部１５によって昇降する。昇降軸１３は，下部チャンバ１０の開放された下部を介して駆動部１５に連結されることができ，駆動部１５によって支持台１１を上下に移動させる。
【００２２】
図２に示すように，支持台１１は上昇してシャワーヘッド４０の近くまで移動でき（「工程位置」），支持台１１は，シャワーヘッド４０の両側突出部の下端に接して支持台１１とチャンバ蓋１２によって囲まれた工程領域１３ａが形成され得る。支持台１１は，基板の温度を調節できる温度調節システム（例えば，ヒータのようなもの）を備えることができる。後述のように，支持台１１に載置された基板に対する工程は，工程領域１３ａ内でのみ行われ，反応ガス又はパージガスは，工程領域１３ａ内にのみ供給されることができる。この時，支持台１１が上昇するにつれリフトピン１１ａの上端が支持台１１の内部に挿入され，基板は，支持台１１の上部面に定着され得る。
【００２３】
一方，ガイド１９は，支持台１１の外側に設けられ，支持台１１の昇降方向に沿って配置される。ガイド１９は，排気口１８と連通されるガイド孔１８ａを有し，工程進行時にガイド孔１８ａ及び排気口１８を介して下部チャンバ１０内部のガスを排出して下部チャンバ１０内部の圧力を調節する。
【００２４】
図１を参照すると，基板処理装置は，シャワーヘッド４０をさらに含み，シャワーヘッド４０は，下部チャンバ１０とチャンバ蓋１２の間に設けられる。シャワーヘッド４０は，反応ガス又はパージガスを工程領域１３ａ内に供給するだけでなく，供給された反応ガス又はパージガスを外部に排出する。このために，シャワーヘッド４０は，流入口４１ａ及び流出口４１ｂを有し，流入口４１ａと流出口４１ｂは，一側及び他側にそれぞれ形成されて互いに対称をなす。
【００２５】
図３は，図２に示すシャワーヘッドの流入口部分を拡大した図である。図３に示すように，シャワーヘッド４０は，複数の拡散流路４２，４４，４６と拡散流路４２，４４，４６を互いに連結する流入連結流路４２ａ，４４ａを有する。拡散流路４２，４４，４６は，略水平をなす形で互いに並んで形成され，上下に積層されて配置される。下部拡散流路４２は，入口４８を介して下部チャンバ１０に形成された連結ライン４０ａに連結され，連結ライン４０ａは，供給ライン５０に連結される。
【００２６】
原子層蒸着(Atomoic Layer Deposition:ＡＬＤ)において，膜を一度で単層として形成するために基板を加熱中に膜前駆体及び還元ガスのような２つ以上の工程ガスが交互に順次導入される。第１ステップで基板表面に膜前駆体を吸収し，第２ステップで所定の膜を形成するように還元される。このように，チャンバ内で２つの工程ガスを交互に使用することによって，比較的遅い蒸着速度で蒸着が行われる。プラズマ強化原子層蒸着（ＰＥＡＬＤ）においては，還元ガスを導入中にプラズマが形成されて還元プラズマを形成する。これまで，ＡＬＤとＰＥＡＬＤ工程は，これらの工程がＣＶＤ及びＰＥＣＶＤ工程より遅いという短所にもかかわらず，層厚さの改善された均一性と層が蒸着される要部に対する適合性とを提供することが確認された。
【００２７】
供給ライン５０は，第１及び第２反応ガスライン５２，５４，パージガスライン５６，及びプラズマライン５８を含み，これらは連結ライン４０ａを介してシャワーヘッド４０に供給される。上部拡散流路４６は，流入口４１ａに連結され，供給ライン５０を介して供給された反応ガス又はパージガスは，拡散流路４２，４４，４６を順に通過した後，流入口４１ａを介して工程領域１３ａに供給される。
【００２８】
第１反応ガスライン５２は，第１反応ガスを供給し，第１反応ガスは，基板に形成された膜で見られる主要原子又は分子種を有する組成物のような膜前駆体を含むことができる。例えば，膜前駆体は固相，液相又は気相として開始し，気相でシャワーヘッド４０に供給されることができる。工程進行時に所定周期の間，第１反応ガスが工程領域１３ａに供給され，第１反応ガスは，単層として基板に吸収される。以降，後述のパージガスライン５６を介して工程領域１３ａにパージガスがパージされる。
【００２９】
第２反応ガスライン５４は，第２反応ガスを供給し，第２反応ガスは，還元剤を含むことができる。例えば，還元剤は，固相，液相又は気相として開始し，気相でシャワーヘッド４０に供給されることができる。工程進行時，先行のパージが完了すると，所定周期の間，還元ガスが工程領域１３ａに供給され，アンテナ２０にＲＦ電流が供給される。これにより，第２反応ガスライン５４を介して供給された第２反応ガスのイオン化及び解離をもたらすことができ，これは，第１反応ガスによる膜前駆体を還元させるように膜前駆体と反応して膜を形成できる解離した種(dissociated species)を形成できる。一方，第１反応ガスと第２反応ガスは，交互に供給されることができ，交互に供給されることは周期的に行なわれても良く，第１及び第２反応ガスの供給間の時間周期を可変的にして非周期的に行われても良い。
【００３０】
パージガスライン５６は，第１反応ガスと第２反応ガスの供給の間にパージガスをシャワーヘッド４０に供給できる。パージガスは，希ガス(noble gas)（すなわち，ヘリウム，ネオン，アルゴン，キセノン，クリプトン），窒素（又は窒素含有ガス），水素（又は水素含有ガス）のような不活性ガスを含むことができる。プラズマライン５８は，遠隔プラズマ(remote plasma)をシャワーヘッド４０に選択的に供給することができ，遠隔プラズマは，チャンバの内部に供給されてチャンバ内部をクリーニングするために使用される。
【００３１】
一方，図３に示すように，チャンバ蓋１２の下部面は，中央部がエッジ部より下部に向かって突出するように形成され，シャワーヘッド４０は，陥没したチャンバ蓋１２のエッジ部に収容される。この時，シャワーヘッド４０の内周面とチャンバ蓋１２の中央部の側面の間に間隙(gap)が形成される。また，支持台１１が工程位置に移動した場合，支持台１１の上部面のエッジは，シャワーヘッド４０に近接し，支持台１１とシャワーヘッド４０の間には，微細な間隙(gap)が存在する。
【００３２】
この時，シャワーヘッド４０は，上部吐出口７５及び下部吐出口７７を介して遮断ガスを吐出し，遮断ガスは，流入口４１ａを介して供給された反応ガス又はパージガスが外部に漏れることを防止する。すなわち，上部吐出口７５は，シャワーヘッド４０とチャンバ蓋１２の間に形成された間隙に遮断ガスを吐出し，下部吐出口７７は，支持台１１の上部面のエッジに遮断ガスを吐出する。吐出されたガスは，間隙を介してガスが漏れることを防止する。上部吐出口７５は，シャワーヘッド４０の内周面に形成され，下部吐出口７７は，支持台１１と隣接するシャワーヘッド４０の対向面に形成される。
【００３３】
上部吐出口７５及び下部吐出口７７は，シャワーヘッド４０の内部に形成された上部流路７４及び下部流路７６を介して下部チャンバ１０の側壁に形成された遮断ガス供給流路７２に連結され，遮断ガス供給流路７２は，遮断ガス供給ライン５９に連結される。遮断ガス供給ライン５９の内部には遮断ガスが流れ，遮断ガスは，不活性気体（例えば，アルゴン（Ａｒ））であることが好ましい。
【００３４】
図４は，図２に示すシャワーヘッドの流出口部分を拡大した図である。図４に示すように，シャワーヘッド４０は，複数の収斂流路４３，４５，４７と収斂流路４３，４５，４７を互いに連結する流出連結流路４３ａ，４５ａを有する。収斂流路４３，４５，４７は，略水平をなす形で互いに並んで形成され，上下に積層されて配置される。下部収斂流路４３は，出口４９を介して下部チャンバ１０に形成された連結ライン４０ｂに連結され，連結ライン４０ｂは，排気ライン１９ａに連結される。上部収斂流路４７は，流出口４１ｂに連結され，工程領域１３ａ内に供給された反応ガス又はパージガスは流出口４１ｂを介して収斂流路４３，４５，４７を順に通過した後，排気ライン１９ａを介して排出される。
【００３５】
図５Ａ乃至図５Ｃは，図１に示すシャワーヘッドによる流動を示す図である。図３乃至図５Ｃを参照して上述の拡散流路４２，４４，４６及び収斂流路４３，４５，４７の形状及びこれらを介した流動を説明する。
【００３６】
まず，上述のように，原子層蒸着(Atomoic Layer Deposition:ＡＬＤ)は，第１反応ガスを供給して基板上に第１反応ガスを吸着させ，パージガスを供給して第１反応ガスや副産物を除去した後，第２反応ガスを供給して第２反応ガスが第１反応ガスと反応して原子層を蒸着し，再度パージガスを供給して第２反応ガスや副産物を除去する。すなわち，２つの工程ガスが順に供給及び除去されなければならない。
【００３７】
一般的な化学気相蒸着（ＣＶＤ）は，反応ガスを同時に供給して薄膜を形成するように設計されているため，反応ガスを不連続的に供給して薄膜を形成したり，順次的に供給される反応ガスをチャンバ内で気相反応を起こさせないようにパージによって除去しつつ反応させる方法には適していなかった。また，化学気相蒸着を用いる装置では一般にシャワーヘッド(shower head)を用いて反応ガスを上方向から下方向へ基板上に均一に供給する。しかし，このような構造は，工程気体の流れを複雑化し，大きな反応体積を要求するため，反応ガスの供給を迅速に切り替えることが困難である。
【００３８】
図５Ａは，図２のＡ−Ａに沿って構成した断面図である。図５Ａに示すように，シャワーヘッド４０は，中央部分が中空になっているリング形状であり，中央部分は基板Ｓの位置と対応するように形成される。上述のアンテナ２０は，シャワーヘッド４０の中央部分を介して基板Ｓの上部に電界を形成できる。下部拡散流路４２及び入口４８と下部収斂流路４３及び出口４９は，反対側に位置し，これらの間に基板Ｓが載置される。入口４８は，供給ライン５０に連結され，供給ライン５０を介して反応ガス又はパージガスが流入される。出口４９は，排気ライン１９ａに連結され，排気ライン１９ａを介して反応ガス又はパージガスが排出される。したがって，図５Ａに示すように，入口４８から出口４９に向かう流動が基板Ｓの上部に形成され，後述のように，流動は拡散流路４２，４４，４６及び収斂流路４３，４５，４７の形状によって均一に形成される。
【００３９】
図５Ａに示すように，下部拡散流路４２は，入口４８と連通し，供給ライン５０から供給されたガスは，入口４８を介して流入された後，下部拡散流路４２を介して矢印方向に拡散される。この時，下部拡散流路４２は，ガスの流動方向（又は矢印方向）に沿って断面積が漸進的に（又は連続的に）増加し，これによってガスは流動方向に沿って拡散され得る。また，図５Ａに示すように，下部収斂流路４３は，出口４９と連通し，流出口４１ｂを介して流入されたガスは，下部収斂流路４３を介して矢印方向に合流して出口４９に向かう。この時，下部収斂流路４３は，ガスの流動方向（又は矢印方向）に沿って断面積が漸進的に（又は連続的に）減少し，これによってガスは，流動方向に沿って収斂し得る。
【００４０】
図５Ｂは，図２のＢ−Ｂに沿って構成した断面図である。図５Ｂに示すように，中間拡散流路４４は，流入連結流路４２ａを介して下部拡散流路４２と連通し，下部拡散流路４２を介して流入されたガスは，中間拡散流路４４を介して矢印方向に拡散される。この時，中間拡散流路４４は，ガスの流動方向（又は矢印方向）に沿って断面積が漸進的に（又は連続的に）増加し，これによってガスは流動方向に沿って拡散され得る。また，図５Ｂに示すように，中間収斂流路４５は，流出連結流路４３ａを介して下部収斂流路４３と連通し，流出口４１ｂを介して流入されたガスは，中間収斂流路４５を介して矢印方向に合流して流出連結流路４３ａに向かう。この時，中間収斂流路４５は，ガスの流動方向（又は矢印方向）に沿って断面積が漸進的に（又は連続的に）減少し，これによってガスは，流動方向に沿って収斂し得る。
【００４１】
図５Ｃは，図２のＣ−Ｃに沿って構成した断面図である。図５Ｃに示すように，上部拡散流路４６は，流入連結流路４４ａを介して中間拡散流路４４と連通し，中間拡散流路４４を介して流入されたガスは上部拡散流路４６を介して矢印方向に拡散される。この時，上部拡散流路４６は，ガスの流動方向（又は矢印方向）に沿って断面積が漸進的に（又は連続的に）増加し，これによってガスは流動方向に沿って拡散され得る。拡散されたガスは流入口４１ａを介して基板Ｓの上部に供給され，流出口４１ｂに向かって互いに平行をなす平行流動を形成する。また，図５Ｃに示すように，上部収斂流路４７は，流出連結流路４５ａを介して中間収斂流路４５と連通し，流出口４１ｂを介して流入されたガスは上部収斂流路４７を介して矢印方向に合流して流出連結流路４５ａに向かう。この時，上部収斂流路４７は，ガスの流動方向（又は矢印方向）に沿って断面積が漸進的に（又は連続的に）減少し，これによってガスは流動方向に沿って収斂され得る。
【００４２】
図３及び図５Ａ乃至図５Ｃをさらに参照すると，供給ライン５０から供給されたガスは入口４８を介してシャワーヘッド４０に流入され，ガスが下部拡散流路４２，中間拡散流路４４及び上部拡散流路４６を通過することによって流動方向が右→左→右へ変わるとともに，流路の断面積が増加することによって拡散され得る。すなわち，ガスは拡散流路４２，４４，４６を通過しながら十分に拡散されることができ，これによって，流入口４１ａを介して工程領域１３ａに供給されるガスは基板Ｓに対応する流動幅を有し得る。
【００４３】
また，図４及び図５Ａ乃至図５Ｃをさらに参照すると，流出口４１ｂ及び上部収斂流路４７は，基板Ｓに対応する流動幅を有し，出口４９を介して提供される排気圧力は，収斂流路４３，４５，４７を介して流出口４１ｂの全面に対して均等に提供される。したがって，基板Ｓは，上部拡散流路４６と上部収斂流路４７の間に位置し，流入口４１ａを介して流入されたガスは基板Ｓの上部に流出口４１ｂに向かう均一な平行流動を形成する。以降，ガスは上部収斂流路４７，中間収斂流路４５及び下部収斂流路４３を通過することによって流動方向が右→左→右へ変わるとともに，流路の断面積が減少することによって徐々に収斂され，出口４９を介して排気ライン１９ａに沿って排出される。
【００４４】
上述によれば，工程領域１３ａ内にガスの均一な流動が形成されるので，ガスを迅速に供給及び排出することができ，特に，２つ以上の反応ガス及びパージガスを迅速に切り替えて供給できる。また，工程領域１３ａの体積を最小化する場合，ガスの切り替えをなるべく迅速に行うことができる。
【００４５】
図６は，本発明の他の実施形態によるシャワーヘッドの流入口部分を拡大した図で，図７は，本発明のさらに他の実施形態によるシャワーヘッドの流入口部分を拡大した図である。上述の図３は，下部拡散流路４２，中間拡散流路４４及び上部拡散流路４６を示しているが，図６に示すように，シャワーヘッド４０は，中間拡散流路４４及び上部拡散流路４６のみを有することができ，中間拡散流路４４は，入口４８を介して供給ライン５０に連結され得る。中間拡散流路４４及び上部拡散流路４６の具体的な形状は，上述の図５Ｂ及び図５Ｃと略同一な場合がある。また，シャワーヘッド４０は，上部拡散流路４６のみを有することができ，上部拡散流路４６は，入口４８を介して下部チャンバ１０に形成された連結ライン４０ａに連結され，連結ライン４０ａは，供給ライン５０に連結され得る。上部拡散流路４６の具体的な形状は，上述の図５Ｃと略同一である。
【００４６】
すなわち，上述の図３と異なり，拡散流路の個数は，増減することができ，これによって拡散流路の具体的な形状は変形され得る。ただし，ガスは，拡散流路を通過しながら十分に拡散され，これによって，供給ライン５０を介して供給されるガスとは異なり，流入口４１ａを介して工程領域１３ａに供給されるガスは，基板Ｓに対応する流動幅を有し得る。
【００４７】
また，図１を参照すると，アンテナ２０は，チャンバ蓋１２の上部に設けられる。アンテナ２０は，ＲＦ電源（図示せず）にそれぞれ連結され工程領域１３ａ内に電界(electric field)を形成し，工程領域１３ａ内に供給された反応ガスからプラズマを発生させる。図８は，図１に示すアンテナを概略的に示す平面図である。
【００４８】
図８に示すように，アンテナ２０は，一体に形成された第１及び第２アンテナを備え，第１及び第２アンテナは，中心線Ｒを基準に１８０゜の回転対称をなす。第１アンテナは，中心を基準に半円形状をなす第１内側アンテナ２１，第１中間アンテナ２３，第１外側アンテナ２５を有する。第１内側アンテナ２１は，第１半径ｒ１を有し，第１中間アンテナ２３は，第２半径ｒ２を有し，第１外側アンテナ２５は，半径ｒ３を有する（ｒ１＜ｒ２＜ｒ３）。この時，第１内側連結アンテナ２１ａは，第１内側アンテナ２１と第１中間アンテナ２３を連結し，第１外側連結アンテナ２３ａは，第１中間アンテナ２３と第１外側アンテナ２５を連結する。
【００４９】
同様に，第２アンテナは，中心を基準に半円形状をなす第２内側アンテナ２２，第２中間アンテナ２４，第２外側アンテナ２６を有する。第２内側アンテナ２２は，第１半径ｒ１を有し，第２中間アンテナ２４は，第２半径ｒ２を有し，第２外側アンテナ２６は，半径ｒ３を有する（ｒ１＜ｒ２＜ｒ３）。この時，第２内側連結アンテナ２２ａは，第２内側アンテナ２２と第２中間アンテナ２４を連結し，第２外側連結アンテナ２４ａは，第２中間アンテナ２４と第２外側アンテナ２６を連結する。
【００５０】
第１及び第２アンテナは，別途のＲＦ電源（図示せず）にそれぞれ連結され，ＲＦ電源を介して第１及び第２アンテナにＲＦ電流が流れると，第１及び第２アンテナは，下部チャンバ１０内に電界を形成する。この時，第１及び第２アンテナは，相互補完して下部チャンバ１０内に均一な電界を形成できる。
【００５１】
図８に示すように，中心Ｏから半径方向に沿って，第１及び第２アンテナは，交互に配置される。すなわち，第１中間アンテナ２３は，第２内側アンテナ２２と第２外側アンテナ２６の間に位置し，第２中間アンテナ２４は，第１内側アンテナ２１と第１外側アンテナ２５の間に位置する。したがって，第１アンテナによって形成される電界が第２アンテナによって形成される電界より弱い場合，隣接する第２アンテナによって形成された電界によって補強されることができ，第１アンテナによって形成される電界が第２アンテナによって形成される電界より強い場合，隣接する第２アンテナによって形成された電界によって相殺されることができる。したがって，第１及び第２アンテナによってそれぞれ形成され得る電界の大きさに差があっても，電界間の補強干渉によって均一な電界を形成できる。
【００５２】
一方，図１に示すように，調節プレート３０がチャンバ蓋１２とアンテナ２０の間に設けられる。調節プレート３０は，チャンバ蓋１２と固定プレート３４の間に配置され，固定プレート３４は，固定リング３２に固定され調節プレート３０を固定する。調節プレート３０は，誘電体材質からなり，調節プレート３０の厚さによってアンテナ２０によって形成される電界を調節できる。
【００５３】
図９は，図１に示す調節プレートの厚さと基板の蒸着率との関係を示すグラフである。図９の上側に示すように，蒸着工程を終えた後，蒸着率Ｄを測定すると，基板の中心Ｏと基板のエッジ部分で低い値を表し，基板の中心Ｏと基板のエッジの間で高い値を表す。したがって，調節プレート３０を用いて基板の蒸着均一度を改善する。
【００５４】
調節プレート３０は，アンテナ２０によって形成される電界に対する抵抗の役割を行う。調節プレート３０の厚さが増加するほどアンテナ２０によって形成される電界は弱くなり，これによって蒸着率は低下する。この点を利用して，調節プレート３０の厚さを調節することによって基板の蒸着均一度を改善できる。図４に示すように，蒸着率の低い基板の中心Ｏと基板のエッジ部分の厚さｄ０，ｄｅを基板の中心Ｏと基板のエッジの間の部分の厚さｄｍより大きくして電界の大きさを調節することによって，蒸着均一度を改善できる。一方，図４に示す蒸着率及び調節プレート３０の厚さは，例をあげて説明するためのものであり，蒸着率と調節プレート３０の厚さはこれと異なる場合がある。
【００５５】
図１０は，本発明の実施形態によるサイクリック薄膜蒸着方法を示すフローチャートである。図１０を参照すると，半導体製造装置のチャンバ内部に基板をロードする（Ｓ１００）。前記チャンバ内部にロードされた基板にシリコン薄膜が形成され（Ｓ２００），シリコン薄膜を形成するためにシリコンを蒸着するステップ（Ｓ２１０）及び第１パージステップ（Ｓ２２０）が共に行われる。
【００５６】
シリコンを蒸着するために前記チャンバ内部にシリコン前駆体を注入して，前記基板上にシリコンを蒸着させることができる（Ｓ２１０）。前記基板上にシリコンを蒸着した後，未反応のシリコン前駆体及び反応副産物を除去する第１パージステップを行う（Ｓ２２０）。以降，シリコンを蒸着するステップ（Ｓ２１０）及び第１パージステップ（Ｓ２２０）を繰り返し（Ｓ２３０），前記  基板上にシリコン薄膜を形成する。
【００５７】
シリコンを蒸着するステップ（Ｓ２１０）及び第１パージステップ（Ｓ２２０）は，例えば，３乃至１０回繰り返して行うことができる。各シリコンを蒸着するステップ（Ｓ２１０）では１つ乃至複数のシリコン原子層が前記基板上に形成され得る。したがって，シリコンを蒸着するステップ（Ｓ２１０）及び第１パージステップ（Ｓ２２０）を繰り返して行うと（Ｓ２３０），非晶質のシリコン又は多結晶性を有するポリシリコンからなるシリコン薄膜が前記基板上に形成され得る。非晶質のシリコン又は多結晶性のシリコン薄膜は，数乃至数十Åの厚さを有し得る。
【００５８】
以降，前記基板上に形成されたシリコン薄膜をシリコンが含まれる絶縁膜に形成する（Ｓ３００）。シリコンが含まれる絶縁膜は，例えば，シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜であっても良い。
【００５９】
シリコン薄膜をシリコンが含まれる絶縁膜に形成するために，前記チャンバ内部にプラズマ雰囲気を形成して反応ガスを注入できる。反応ガスは，例えばＯ2，Ｏ3，Ｎ2及びＮＨ3を含む群から選択された１つ以上のガスであっても良い。
【００６０】
シリコンが含まれる絶縁膜がシリコン酸化膜である場合，前記反応ガスは，Ｏ2又はＯ3のような酸素原子を含むガスであっても良い。シリコンが含まれる絶縁膜がシリコン窒化膜である場合，前記反応ガスは，Ｎ2又はＮＨ3のような窒素原子を含むガスであっても良い。
【００６１】
又は，シリコン薄膜をシリコンが含まれる絶縁膜，例えばシリコン酸化膜に形成するために，前記チャンバ内部にＯ2，又はＯ3を点火ガスとして用いてプラズマ雰囲気を形成できる。
【００６２】
又は，シリコン薄膜をシリコンが含まれる絶縁膜，例えばシリコン窒化膜に形成するために，前記チャンバ内部にＮ2又はＮＨ3を点火ガスとして用いてプラズマ雰囲気を形成できる。
【００６３】
以降，チャンバの内部から反応副産物と反応ガス又は点火ガスを除去する第２パージステップを行うことができる（Ｓ４００）。
【００６４】
所望の厚さのシリコンが含まれる絶縁膜を得るために，必要に応じてシリコン薄膜を形成するステップ（Ｓ２００），シリコンが含まれる絶縁膜に形成するステップ（Ｓ３００）及び第２パージステップ（Ｓ４００）は，繰り返して行うことができる（Ｓ５００）。
【００６５】
所望の厚さのシリコンが含まれる絶縁膜が形成された場合，基板は，チャンバからアンロードされ得る（Ｓ９００）。
【００６６】
図１１は，本発明の実施形態によるサイクリック薄膜蒸着方法を示すダイアグラムである。図１１に示すように，シリコン（Ｓｉ）前駆体の注入とパージ(purge)が繰り返して行われる。シリコン前駆体の注入とパージがそれぞれ数回繰り返して行われた後，プラズマ雰囲気が形成される。プラズマ雰囲気が形成された状態では必要に応じて反応ガスが注入され得る。
【００６７】
このように，シリコン前駆体の注入及びパージが繰り返して行われた後，プラズマ雰囲気が形成されるステップまでが１サイクルとして動作する。すなわち，シリコン前駆体の注入及びパージが繰り返して行われてシリコン薄膜を形成した後，プラズマ雰囲気を形成してシリコンが含まれる絶縁膜を形成する過程が１サイクルとして動作する。
【００６８】
したがって，サイクリック薄膜蒸着方法はシリコン前駆体の注入とパージが繰り返して行われることができることは無論，シリコン薄膜の形成と絶縁膜の形成も繰り返して行われることができる。
【００６９】
図１２Ａ乃至図１５は，上記内容を基に，本発明の実施形態によるサイクリック薄膜蒸着方法をステップ毎に詳細に説明する。図１２Ａ乃至図１５に関する説明で，必要な場合，図１０及び図１１に対する参照符号が共に使われることができる。
【００７０】
図１２Ａ乃至図１２Ｃは，本発明の実施形態によるシリコンを蒸着するステップを示す断面図である。図１２Ａは，本発明の実施形態によるシリコン前駆体を注入するステップを示す断面図である。
【００７１】
図１２Ａを参照すると，基板１００がロードされたチャンバ内にシリコン前駆体５０が注入される。基板１００は，例えば，シリコン又は化合物半導体ウエハのような半導体基板を含むことができる。又は基板１００はガラス，金属，セラミック，石英のような半導体と他の基板物質などが含まれ得る。
【００７２】
シリコン前駆体５０は，例えば，ＢＥＭＡＳ(bisethylmethylaminosilane)，ＢＤＭＡＳ(bisdimethylaminosilane)，ＢＥＤＡＳ，ＴＥＭＡＳ(tetrakisethylmethylaminosilane)，ＴＤＭＡＳ(tetrakisidimethylaminosilane)，ＴＥＤＡＳのようなアミノ系シラン，又はＨＣＤ(hexachlorinedisilan)のような塩化系シランであっても良く，シリコンと水素を含むシラン系の前駆体であっても良い。
【００７３】
基板１００がシリコン前駆体５０と反応できるように，基板１００は，５０乃至６００℃の温度を維持できる。また，基板１００がロードされたチャンバ内部の圧力は，０．０５乃至１０Torrを維持できる。
【００７４】
図１２Ｂは，本発明の実施形態による基板上にシリコンを蒸着した様子を示す断面図である。図１２Ｂを参照すると，シリコン前駆体５０のうち基板１００と反応したものによって，基板１００上にはシリコン原子が蒸着されてシリコン層１１２が形成され得る。シリコン層１１２は，１つ乃至複数のシリコン原子層からなることができる。
【００７５】
シリコン前駆体５０は，基板１００と反応した後，反応副産物５２を形成できる。またシリコン前駆体５０の一部は，基板１００と反応せず，未反応状態で残る場合もある。
【００７６】
図１２Ｃは，本発明の実施形態による第１パージステップを行った様子を示す断面図である。図１２Ｃを参照すると，基板１００上にシリコン層１１２を形成した後，残留した未反応状態のシリコン前駆体５０及び反応副産物５２をチャンバ１１内部から除去するパージ(purge)を行うことができる。未反応のシリコン前駆体５０及び反応副産物５２をチャンバ１１内部から除去するパージ(purge)ステップを第１パージステップと称することができる。
【００７７】
前記第１パージステップの間，基板１００は，５０乃至６００℃の温度を維持できる。また，基板１００がロードされたチャンバ１１内部の圧力は，０．０５乃至１０Torrを維持できる。すなわち，シリコン層１１２を蒸着するステップと前記第１パージステップの間に基板１００の温度及びチャンバ１１内部の圧力を一定に維持できる。
【００７８】
図１３は，本発明の実施形態によるシリコン薄膜を蒸着した様子を示す断面図である。図１３に示すように，図１２Ａ乃至図１２Ｃに示したステップを繰り返して，複数のシリコン層１１２，１１４，１１６を基板１００上に蒸着し，非晶質のシリコン又は多結晶性を有するポリシリコンからなるシリコン薄膜１１０を形成する。
【００７９】
シリコン薄膜１１０は，数乃至数十Åの厚さを有し得る。シリコン薄膜１１０は，３乃至１０個のシリコン層１１２，１１４，１１６を含むように，シリコン層１１２を蒸着するステップと前記第１パージステップは，３乃至１０回繰り返して行うことができる。
【００８０】
このように，シリコン薄膜１１０を複数のシリコン層１１２に形成すると，シリコン薄膜１１０は，優れた膜質とステップカバレージ(step coverage)を有することができる。
【００８１】
図１４Ａは，本発明の実施形態によるシリコン薄膜をシリコンが含まれる絶縁膜に形成するステップを示す断面図である。図１４Ａを参照すると，シリコン薄膜１１０が形成された基板１００上にプラズマを加える。すなわち，基板１００がロードされたチャンバ内部をプラズマ雰囲気に形成する。プラズマ雰囲気を形成するために，ＩＣＰ(Inductively Coupled Plasma)，ＣＣＰ(Capacitively Coupled Plasma)又はＭＷ(Microwave)Ｐｌａｓｍａ方式が用いられ得る。この時，プラズマ雰囲気を形成するために，１００W乃至３kWの電力が印加され得る。
【００８２】
プラズマ雰囲気を形成するために，例えば，Ａｒ，Ｈｅ，Ｋｒ及びＸｅを含む群から選択された１つ以上の点火ガス(ignition gas)と例えば，Ｏ2，Ｏ3，Ｎ2及びＮＨ3を含む群から選択された１つ以上の反応ガス６０が注入され得る。この時，点火ガスは，１００乃至３０００sccmの流量で注入され得る。
【００８３】
又は，プラズマ雰囲気を形成するために，例えばＯ2，Ｏ3，Ｎ2及びＮＨ3を含む群から選択された１つ以上の反応ガス６０が注入され得る。その場合は，反応ガス６０が点火ガスの役割を行うので別途の点火ガスを注入しなくて良い。
【００８４】
反応ガス６０として，例えば，Ｏ2，Ｏ3のような酸素原子を含むガスを使用する場合，シリコン薄膜１１０は，反応ガス６０に含まれた酸素原子と反応してシリコン酸化膜に形成され得る。又は，反応ガス６０として，例えば，Ｎ2及びＮＨ3のような窒素原子を含むガスを使用する場合，シリコン薄膜１１０は，反応ガス６０に含まれた窒素原子と反応してシリコン窒化膜に形成され得る。
【００８５】
プラズマ雰囲気でシリコン薄膜１１０をシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜のような後述のシリコンが含まれる絶縁膜に変化して形成するために，基板１００がロードされたチャンバ１１の圧力を０．０５乃至１０Torrに維持できる。
【００８６】
図１４Ｂは，本発明の実施形態によるシリコンが含まれた第２パージステップを行った様子を示す断面図である。図１４Ａ及び図１４Ｂを共に参照すると，残留した反応ガス６０又は反応副産物を除去する第２パージステップを行い，シリコンが含まれる絶縁膜１２０ａを形成する。シリコンが含まれる絶縁膜１２０ａは，例えば，シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜であっても良い。
【００８７】
シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜のような前記シリコンが含まれる絶縁膜１２０ａをプラズマ雰囲気で形成すると，優れた膜質を得ることができる。特に，シリコンが含まれる絶縁膜１２０ａが薄い厚さを有するように形成しても，優れた膜質を有し得る。
【００８８】
また，上述のように，シリコン薄膜１１０が優れた膜質とステップカバレージを有することができるため，シリコンが含まれる絶縁膜１２０ａも優れた膜質とステップカバレージを有し得る。特に，シリコンが含まれる絶縁膜１２０ａは，プラズマ雰囲気で形成されるので，より良い膜質を有し得る。
【００８９】
残留した未反応状態の反応ガス６０又は反応副産物をチャンバ１１内部から除去するパージステップを第２パージステップと称することができる。
【００９０】
図１５は，本発明の他の実施形態によるシリコンが含まれた絶縁膜を形成した様子を示す断面図である。図１５に示すように，図１２Ａ乃至図１４Ｂで示したステップを繰り返して，複数のシリコンが含まれる絶縁膜１２０ａ，１２０ｂが含まれる絶縁膜１２０を形成できる。
【００９１】
図１４Ａに示したシリコン薄膜１１０をシリコンが含まれる絶縁膜１２０ａに形成する場合，シリコン薄膜１１０は，露出された表面から絶縁膜に変化するようになる。したがって，シリコン薄膜１１０が厚い場合，シリコン薄膜１１０と反応するための酸素又は窒素は，シリコン薄膜１１０表面に形成された絶縁膜を破って拡散しなければならない。したがって，絶縁膜の形成速度は，シリコン薄膜１１０が厚いほどさらに遅くなるようになる。
【００９２】
形成しようとする絶縁膜１２０が相対的に厚い場合，相対的に薄いシリコン薄膜を形成した後，シリコンが含まれる絶縁膜に形成する過程を繰り返せば，相対的に厚いシリコン薄膜を一度で絶縁膜に形成することに比べ工程時間が短縮され得る。
【００９３】
したがって，工程時間とシリコンが含まれる絶縁膜の所望の厚さを考慮して，図１２Ａ乃至図１４Ｂで説明したステップを繰り返す回数を決定できる。
【００９４】
また，絶縁膜１２０は，２つのシリコンが含まれる絶縁膜１２０ａ，１２０ｂが含まれるものを示したが，３つ又はそれ以上のシリコンが含まれる絶縁膜を含むことも可能である。
【００９５】
図１６は，本発明のさらに他の実施形態によるサイクリック薄膜蒸着方法を示すフローチャートである。
【００９６】
図１６を参照すると，半導体製造装置のチャンバ内部に基板をロードする（Ｓ１００）。前記チャンバ内部にロードされた基板に絶縁膜が蒸着され（Ｓ２００），絶縁膜を蒸着するためにシリコンを蒸着するステップ（Ｓ２１０），第１パージステップ（Ｓ２２０），反応ステップ（Ｓ２３０）及び第２パージステップ（Ｓ２４０）が共に行われる。
【００９７】
シリコンを蒸着するために前記チャンバ内部にシリコン前駆体を注入し，前記基板上にシリコンを蒸着させることができる（Ｓ２１０）。前記基板上にシリコンを蒸着した後，未反応のシリコン前駆体及び反応副産物を除去する第１パージステップを行う（Ｓ２２０）。
【００９８】
以降，前記基板上に形成されたシリコンを反応ガスと反応させ，シリコンが含まれる絶縁膜に形成する反応ステップを行う（Ｓ２３０）。シリコンが含まれる絶縁膜は，例えば，シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜であっても良い。
【００９９】
シリコンをシリコンが含まれる絶縁膜に形成するために，前記チャンバ内部に第１反応ガスを注入できる。第１反応ガスは，例えばＯ2，Ｏ3，Ｎ2及びＮＨ3を含む群から選択された１つ以上のガスであっても良い。
【０１００】
シリコンが含まれる絶縁膜がシリコン酸化膜である場合，前記第１反応ガスはＯ2又はＯ3のような酸素原子を含むガス，又はＯ2雰囲気でプラズマを用いて形成されたＯ2-（酸素陰イオン）又はＯ*（酸素ラジカル）であっても良い。シリコンが含まれる絶縁膜がシリコン窒化膜である場合，前記第１反応ガスはＮ2又はＮＨ3のような窒素原子を含むガスであっても良い。
【０１０１】
以降，チャンバの内部から反応副産物と反応ガス又は点火ガスを除去する第２パージステップを行うことができる（Ｓ２４０）。
【０１０２】
シリコンを蒸着するステップ（Ｓ２１０），第１パージステップ（Ｓ２２０），反応ステップ（Ｓ２３０）及び第２パージステップ（Ｓ２４０）は，繰り返して行うことができる（Ｓ２５０）。シリコンを蒸着するステップ（Ｓ２１０），第１パージステップ（Ｓ２２０），反応ステップ（Ｓ２３０）及び第２パージステップ（Ｓ２４０）は，例えば，３乃至１０回繰り返して行うことができる。
【０１０３】
シリコンを蒸着するステップ（Ｓ２１０），第１パージステップ（Ｓ２２０），反応ステップ（Ｓ２３０）及び第２パージステップ（Ｓ２４０）を含む絶縁膜蒸着ステップ（Ｓ２００）の間に基板の温度及びチャンバ内部の圧力を一定に維持できる。
【０１０４】
各シリコンを蒸着するステップ（Ｓ２１０）では少なくとも１つのシリコン原子層が前記基板上に形成され得る。シリコンが含まれる絶縁膜は，数乃至数十Åの厚さを有するように形成され得る。シリコンが含まれる絶縁膜が形成された後，緻密化ステップを行う（Ｓ３００）。
【０１０５】
シリコンが含まれる絶縁膜を緻密化するために，前記チャンバ内部にプラズマ雰囲気を形成できる。また，プラズマ雰囲気とともに追加的に第２反応ガスを注入できる。第２反応ガスは，例えばＨ2，Ｏ2，Ｏ3，Ｎ2及びＮＨ3を含む群から選択された１つ以上のガスであっても良い。
【０１０６】
所望の厚さのシリコンが含まれる絶縁膜を得るために，必要に応じて絶縁膜蒸着ステップ（Ｓ２００）及び緻密化ステップ（Ｓ３００）は，繰り返して行うことができる（Ｓ４００）。
【０１０７】
所望の厚さのシリコンが含まれる絶縁膜が形成された場合，基板は，チャンバからアンロードされ得る（Ｓ９００）。
【０１０８】
図１７は，本発明のさらに他の実施形態によるサイクリック薄膜蒸着方法を示すダイアグラムである。
【０１０９】
図１７に示すように，シリコン（Ｓｉ）前駆体の注入及びパージ(purge)と第１反応ガスの注入及びパージが繰り返して行われる。シリコン（Ｓｉ）前駆体の注入後のパージ(purge)と第１反応ガスの注入後のパージが繰り返して行われた後，プラズマ雰囲気が形成される。プラズマ雰囲気が形成された状態では必要に応じて第２反応ガスが注入され得る。
【０１１０】
このように，シリコン前駆体の注入及びパージと第１反応ガスの注入及びパージが繰り返して行われた後，プラズマ雰囲気が形成されるステップまでが１サイクルとして動作する。すなわち，シリコン前駆体の注入及びパージと反応ガスの注入及びパージが繰り返して行われてシリコンが含まれる絶縁膜を形成した後，プラズマ雰囲気を形成してシリコンが含まれる絶縁膜を緻密化する。
【０１１１】
また，上記過程をすべて繰り返して，所望の厚さのシリコンが含まれる絶縁膜を得ることができる。
【０１１２】
したがって，サイクリック薄膜蒸着方法は，シリコン前駆体の注入及びパージと第１反応ガスの注入及びパージが繰り返して行われることができることは無論，シリコンが含まれる絶縁膜の形成と緻密化も繰り返して行うことができる。
【０１１３】
図１８Ａ乃至図２２は，上記内容を基に，本発明のさらに他の実施形態によるサイクリック薄膜蒸着方法をステップ毎に詳細に説明する。図１８Ａ乃至図２２に関する説明で，必要な場合，図１６及び図１７に対する参照符号が共に使われることができる。
【０１１４】
図１８Ａ乃至図１８Ｃは，本発明の実施形態によるシリコンを蒸着するステップを示す断面図である。図１８Ａは，本発明の実施形態によるシリコン前駆体を注入するステップを示す断面図である。
【０１１５】
図１８Ａを参照すると，基板１００がロードされたチャンバ内にシリコン前駆体５０が注入される。
【０１１６】
基板１００は，例えば，シリコン又は化合物半導体ウエハのような半導体基板を含むことができる。又は基板１００はガラス，金属，セラミック，石英のような半導体と他の基板物質などが含まれ得る。
【０１１７】
シリコン前駆体５０は，例えば，ＢＥＭＡＳ(bisethylmethylaminosilane)，ＢＤＭＡＳ(bisdimethylaminosilane)，ＢＥＤＡＳ，ＴＥＭＡＳ(tetrakisethylmethylaminosilane)，ＴＤＭＡＳ(tetrakisidimethylaminosilane)，ＴＥＤＡＳのようなアミノ系シラン，又はＨＣＤ(hexachlorinedisilan)のような塩化系シランであり得る。
【０１１８】
基板１００がシリコン前駆体５０と反応できるように，基板１００は，５０乃至６００℃の温度を維持できる。また，基板１００がロードされたチャンバ内部の圧力は，０．０５乃至１０Torrを維持できる。
【０１１９】
図１８Ｂは，本発明の実施形態による基板上にシリコンを蒸着した様子を示す断面図である。図１８Ｂを参照すると，シリコン前駆体５０のうち基板１００と反応したものによって，基板１００上にはシリコン原子が蒸着されてシリコン層１１２が形成され得る。シリコン層１１２は，少なくとも１つのシリコン原子層からなることができる。
【０１２０】
シリコン前駆体５０は，基板１００と反応した後，反応副産物５２を形成できる。またシリコン前駆体５０の一部は基板１００と反応せず，未反応状態で残る場合もある。
【０１２１】
図１８Ｃは，本発明の実施形態による第１パージステップを行った様子を示す断面図である。図１８Ｃを参照すると，基板１００上にシリコン層１１２を形成した後，残留した未反応状態のシリコン前駆体５０及び反応副産物５２をチャンバ内部から除去するパージ(purge)を行うことができる。未反応のシリコン前駆体５０及び反応副産物５２をチャンバ内部から除去するパージ(purge)ステップを第１パージステップと称することができる。
【０１２２】
前記第１パージステップの間，基板１００は，５０乃至６００℃の温度を維持できる。また，基板１００がロードされたチャンバ内部の圧力は，０．０５乃至１０Torrを維持できる。すなわち，シリコン層１１２を蒸着するステップと前記第１パージステップの間に基板１００の温度及びチャンバ内部の圧力を一定に維持できる。
【０１２３】
図１９Ａ乃至図１９Ｃは，本発明の実施形態によるシリコンが含まれる絶縁膜を形成するステップを示す断面図である。図１９Ａは，本発明の実施形態による反応ガスを注入するステップを示す断面図である。
【０１２４】
図１９Ａを参照すると，基板１００がロードされたチャンバ内に第１反応ガス６０が注入される。第１反応ガス６０は，例えば，Ｏ2，Ｏ3，Ｎ2及びＮＨ3を含む群から選択された１つ以上のガスであっても良い。又は第１反応ガス６０は，例えば，Ｏ2雰囲気でプラズマを用いて形成されたＯ2-（酸素陰イオン）又はＯ*（酸素ラジカル）であっても良い。
【０１２５】
基板１００が第１反応ガス６０と反応できるように，基板１００は，５０乃至６００℃の温度を維持できる。また，基板１００がロードされたチャンバ内部の圧力は，０．０５乃至１０Torrを維持できる。
【０１２６】
図１９Ｂは，本発明の実施形態による基板上にシリコンが含まれる絶縁膜を蒸着した様子を示す断面図である。図１９Ｂを参照すると，第１反応ガス６０のうちシリコン層１１２と反応したものによって，基板１００上にはシリコンが含まれる絶縁膜１２２ａが形成され得る。
【０１２７】
第１反応ガス６０は，シリコン層１１２と反応した後，反応副産物６２を形成できる。また，第１反応ガス６０のうち一部は，シリコン層１１２と反応せず，未反応状態で残る場合もある。
【０１２８】
第１反応ガス６０として，例えば，Ｏ2，Ｏ3のような酸素原子を含むガス又はＯ2雰囲気でプラズマを用いて形成されたＯ2-（酸素陰イオン）又はＯ*（酸素ラジカル）を使用する場合，シリコン層１１２は，第１反応ガス６０に含まれた酸素原子と反応してシリコン酸化膜に形成され得る。又は，第１反応ガス６０として，例えば，Ｎ2及びＮＨ3のような窒素原子を含むガスを使用する場合，シリコン層１１２は，第１反応ガス６０に含まれた窒素原子と反応してシリコン窒化膜に形成され得る。
【０１２９】
図１９Ｃは，本発明の実施形態による第２パージステップを行った様子を示す断面図である。図１９Ｃを参照すると，基板１００上にシリコンが含まれる絶縁膜１２２ａを形成した後，残留した未反応状態の第１反応ガス６０及び反応副産物６２をチャンバ内部から除去するパージ(purge)を行うことができる。未反応状態の第１反応ガス６０及び反応副産物６２をチャンバ内部から除去するパージ(purge)ステップを第２パージステップと称することができる。
【０１３０】
前記第２パージステップの間，基板１００は，５０乃至６００℃の温度を維持できる。また，基板１００がロードされたチャンバ内部の圧力は，０．０５乃至１０Torrを維持できる。
【０１３１】
図２０は，本発明の実施形態による複数のシリコンが含まれる絶縁膜を形成した様子を示す断面図である。図２０に示すように，図１８Ａ乃至図１８Ｃに示したステップを繰り返して，複数のシリコンが含まれる絶縁膜１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃからなる絶縁膜層１２２を形成する。
【０１３２】
絶縁膜層１２２は，数乃至数十Åの厚さを有し得る。絶縁膜層１２２は，３乃至１０個のシリコンが含まれる絶縁膜１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃを含むように，各シリコンが含まれる絶縁膜１２２ａ，１２２ｂ又は１２２ｃを蒸着する過程は，３乃至１０回繰り返して行うことができる。
【０１３３】
このように，絶縁膜層１２２を複数のシリコンが含まれる絶縁膜１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃに形成すると，絶縁膜層１２２は，優れた膜質とステップカバレージ(step coverage)を有することができる。
【０１３４】
図２１Ａ及び図２１Ｂは，本発明の実施形態による絶縁膜を緻密化するステップを示す断面図である。図２１Ａは，本発明の実施形態による絶縁膜層にプラズマ雰囲気を供給する様子を示す断面図である。
【０１３５】
図２１Ａを参照すると，絶縁膜層１２２が形成された基板１００上にプラズマを加える。すなわち，基板１００がロードされたチャンバ内部をプラズマ雰囲気に形成する。プラズマ雰囲気を形成するために，ＩＣＰ(Inductively Coupled Plasma)，ＣＣＰ(Capacitively Coupled Plasma)又はＭＷ(Microwave)Ｐｌａｓｍａ方式が用いられ得る。この時，プラズマ雰囲気を形成するために，１００W乃至３kWの電力が印加され得る。
【０１３６】
プラズマ雰囲気を形成するために，例えば，Ａｒ，Ｈｅ，Ｋｒ及びＸｅを含む群から選択された１つ以上の点火ガス(ignition gas)が注入され得る。この時，点火ガスは，１００乃至３０００sccmの流量で注入され得る。
【０１３７】
プラズマ雰囲気で絶縁膜層１２２をさらに緻密化するために，第２反応ガス６４が追加的に注入され得る。第２反応ガス６４は，例えば，Ｈ2，Ｏ2，Ｏ3，Ｎ2及びＮＨ3を含む群から選択された１つ以上のガス又はＯ２雰囲気でプラズマを用いて形成されたＯ2-（酸素陰イオン）又はＯ*（酸素ラジカル）であっても良い。
【０１３８】
絶縁膜層１２２がシリコン酸化膜である場合，第２反応ガス６４として，例えば，Ｏ2，Ｏ3のような酸素原子を含むガス，Ｏ2雰囲気でプラズマを用いて形成されたＯ2+（酸素陽イオン）又はＯ*（酸素ラジカル），又はＨ2を使用することができる。
【０１３９】
絶縁膜層１２２がシリコン窒化膜である場合，第２反応ガス６４として，例えば，Ｎ2及びＮＨ3のような窒素原子を含むガス又はＨ2を使用することができる。
【０１４０】
図２１Ｂは，本発明の実施形態による緻密化した絶縁膜層１２２Ｄを形成した様子を示す断面図である。図２１Ａ及び図２１Ｂを共に参照すると，プラズマ雰囲気で絶縁膜層１２２は，緻密化(densification)が行われて緻密化した絶縁膜層１２２Ｄが形成され得る。緻密化した絶縁膜層１２２Ｄを形成するために，基板１００がロードされたチャンバの圧力を０．０５乃至１０Torrに維持できる。
【０１４１】
また，絶縁膜層１２２をプラズマ雰囲気で処理して得られた緻密化した絶縁膜層１２２Ｄは，絶縁特性などが膜質が優秀であることができる。特に，緻密化した絶縁膜層１１２Ｄが薄い厚さを有するように形成しても，優れた膜質を有し得る。
【０１４２】
図２２は，本発明の他の実施形態によるシリコンが含まれた絶縁膜を形成した様子を示す断面図である。図２２を参照すると，図１８Ａ乃至図２１Ｂで説明したステップを繰り返して，複数の緻密化した絶縁膜層１２２Ｄ，１２４Ｄが含まれる絶縁膜１２０を形成できる。
【０１４３】
図２１Ａに示した絶縁膜層１２２が相対的に厚い場合，絶縁膜層１２２の下部にはプラズマ又は第２反応ガス６４による影響は相対的に少なくなり得る。したがって，絶縁膜１２０の膜質をより向上させるために，相対的に薄い複数の緻密化した絶縁膜層１２２Ｄ，１２４Ｄが含まれる絶縁膜１２０を形成できる。
【０１４４】
また，絶縁膜１２０は，２つの緻密化した絶縁膜層１２２Ｄ，１２４Ｄが含まれるものを示したが，３つ以上の緻密化した絶縁膜層を含むことも可能である。すなわち，絶縁膜１２０が含む緻密化した絶縁膜層の個数は，絶縁膜１２０の所望の厚さを考慮して決定できる。すなわち，絶縁膜１２０の所望の厚さを考慮して図４Ａ乃至図２１Ｂで説明したステップを繰り返す回数を決定できる。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
本発明は，様々な形態の基板処理装置に応用され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８ａ】
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【図１８ｂ】
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【図１８ｃ】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図１９ｃ】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
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