(57)【要約】  優秀な膜質と段差被覆性を提供するサイクリック薄膜の蒸着方法を提供する。本発明の一実施例によるサイクリック薄膜の蒸着方法は，基板が装着されたチャンバーの内部にシリコン前駆体を注入して基板上にシリコンを蒸着する蒸着工程及びチャンバーの内部から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パージ工程を繰り返して基板上にシリコン薄膜を形成する工程と，チャンバーの内部にプラズマ雰囲気を形成してシリコン薄膜をシリコン含有絶縁膜として形成する工程とを含む。
2013542580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が装着されたチャンバーの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する蒸着工程及び前記チャンバーの内部から未反応の前記シリコン前駆体及び反応副産物を除去する第１パージ工程を繰り返して前記基板上にシリコン薄膜を形成する工程と，
前記チャンバーの内部にプラズマ雰囲気を形成し，前記シリコン薄膜をシリコン含有絶縁膜として形成する工程とを含むサイクリック薄膜の蒸着方法。
【請求項２】
前記シリコン含有絶縁膜を形成する工程は，
O2，O3，N2及びNHを含む群から選択された一以上の反応ガスを注入して行われることを特徴とする請求項１記載のサイクリック薄膜の蒸着方法。
【請求項３】
前記シリコン含有絶縁膜は，シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項１又は２記載のサイクリック薄膜の蒸着方法。
【請求項４】
前記シリコン含有絶縁膜を形成する工程は，
Ar，He，Kr及びXeを含む群から選択された一以上の点火ガスを注入してプラズマ雰囲気を形成することを特徴とする請求項２記載のサイクリック薄膜の蒸着方法。
【請求項５】
前記点火ガスは１００sccm〜３０００sccmの流量で注入され，前記反応ガスは１０sccm〜５００sccmの流量で注入されることを特徴とする請求項４記載のサイクリック薄膜の蒸着方法。
【請求項６】
前記シリコン含有絶縁膜を形成する工程は，
O2又はO3を点火ガスとして利用してプラズマ雰囲気を形成することを特徴とする請求項１記載のサイクリック薄膜の蒸着方法。
【請求項７】
前記シリコン含有絶縁膜を形成する工程の後，前記チャンバーの内部から反応副産物を除去する第２パージ工程を更に含み，
前記シリコン薄膜を形成する工程，前記シリコン含有絶縁膜を形成する工程及び前記第２パージ工程は繰り返し行われることを特徴とする請求項１記載のサイクリック薄膜の蒸着方法。
【請求項８】
前記シリコン薄膜を形成する工程は，
前記シリコンを蒸着する工程及び前記第１パージ工程を３回〜１０回反復することを特徴とする請求項１記載のサイクリック薄膜の蒸着方法。
【請求項９】
前記シリコン薄膜を形成する工程は，
前記チャンバーの内部圧力を０．０５Torr〜１０Torrに維持しながら行うことを特徴とする請求項１記載のサイクリック薄膜の蒸着方法。
【請求項１０】
前記シリコン含有絶縁膜を形成する工程は，
前記チャンバーの内部圧力を０．０５Torr〜１０Torrに維持することを特徴とする請求項１記載のサイクリック薄膜の蒸着方法。
【請求項１１】
前記シリコン薄膜を形成する工程は，
非晶質のシリコン又は多結晶性を有するポリシリコンで形成されるシリコン薄膜を形成することを特徴とする請求項１記載のサイクリック薄膜の蒸着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜の蒸着方法に関するものであり，より詳しくは，シリコン含有絶縁膜を形成するサイクリック薄膜の蒸着方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近，半導体産業の発展と使用者のニーズ（needs）に応じて電子機器は更に高集積化及び高性能化されており，それによって電子機器の中核部品である半導体素子にも高集積化及び高性能化が要求されている。しかし，半導体素子の高集積化のために微細構造を実現するには困難を伴う。
【０００３】
例えば，微細構造を実現するためにはより薄い絶縁膜が要求されるが，絶縁膜を薄く形成すると絶縁特性などの膜質が低下する問題が発生する。また，薄膜を薄く形成しながら高性能の段差被覆性(step coverage)を得ることは困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の技術的課題は，上述した従来の問題点を解決するためのものであり，優秀な膜質と段差被覆性を有する絶縁膜を蒸着する方法を提供することにある。特に，優秀な膜質と段差被覆性とを有するサイクリック薄膜の蒸着方法を提供することにある。
【０００５】
本発明の更に他の目的は，後述する詳細な説明と添付図面からより明確になるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施例によるサイクリック薄膜の蒸着方法は，基板が装着されたチャンバーの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する蒸着工程及び前記チャンバーの内部から未反応シリコン前駆体及び反応副産物を除去する第１パージ(purge)工程を繰り返して前記基板上にシリコン薄膜を形成する工程，前記チャンバーの内部にプラズマ雰囲気を形成し，蒸着された前記シリコン薄膜を前記シリコン含有絶縁膜として形成する工程を含む。
【０００７】
前記絶縁膜として形成する工程は，O2,O3,N2及びNH3を含む群から選択された一以上の反応ガスを注入して行われてもよい。
【０００８】
前記シリコン含有絶縁膜はシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜であってもよい。
【０００９】
前記絶縁膜として形成する工程は，Ar,He,Kr及びXeを含む群から選択された一以上の点火ガス（ignition gas）を注入してプラズマ雰囲気を形成してもよい。
【００１０】
前記点火ガスは１００sccm〜３０００sccmの流量で注入されてもよく，前記反応ガスは１０sccm〜５００sccmの流量で注入されてもよい。
【００１１】
前記絶縁膜として形成する工程は，O2又はO3を点火ガスとして利用してプラズマ雰囲気を形成してもよい。
【００１２】
前記絶縁膜を形成する工程の後，前記チャンバーの内部から反応副産物を除去する第２パージ工程を更に含み，前記シリコン薄膜を蒸着する工程，前記絶縁膜を形成する工程及び前記第２パージ工程は繰り返し行われてもよい。
【００１３】
前記シリコン薄膜を蒸着する工程は，前記シリコンを蒸着する工程及び前記第１パージ工程を３回〜１０回繰り返してもよい。
【００１４】
前記シリコン薄膜を蒸着する工程は，前記チャンバーの内部圧力を０．０５Torr〜１０Torrに維持しながら行われてもよい。
【００１５】
前記絶縁膜を形成する工程は，前記チャンバーの内部圧力を０．０５Torr〜１０Torrに維持してもよい。
【００１６】
前記シリコン薄膜を形成する工程は，非晶質のシリコン又は多結晶性を有するポリシリコンで形成されるシリコン薄膜を形成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一実施例によるサイクリック薄膜の蒸着方法は，厚さが薄くても優秀な膜質と段差被覆性を有する絶縁膜，例えばシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を形成することができる。
【００１８】
また，シリコン薄膜をシリコン含有絶縁膜として形成する処理時間を短縮することができる。
【００１９】
よって，高集積化された半導体素子を実現するために厚さが薄い絶縁膜を形成することができ，段差被覆性も優秀であるため微細構造を実現することができる。また，優秀な膜質を有するため，高集積化された半導体素子で要求される性能を満足たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例によるサイクリック薄膜の蒸着方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施例によるサイクリック薄膜の蒸着方法を行うための半導体製造装置を示す概略的な断面図である。
【図３】本発明の実施例によるサイクリック薄膜の蒸着方法を示す図である。
【図４ａ】本発明の実施例によるシリコンを蒸着する工程を示す断面図である。
【図４ｂ】本発明の実施例によるシリコンを蒸着する工程を示す断面図である。
【図４ｃ】本発明の実施例によるシリコンを蒸着する工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例によるシリコン薄膜を形成する工程を示す断面図である。
【図６ａ】本発明の実施例によるシリコン薄膜をシリコン含有絶縁膜として形成する工程を示す断面図である。
【図６ｂ】本発明の実施例によるシリコンが含まれた第２パージ工程を示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施例によるシリコン含有絶縁膜を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下，本発明の技術的思想による実施例について添付図面を参照して詳細に説明する。しかし，本発明の技術的思想による実施例は様々な形で変形されてもよく，本発明の範囲が以下で詳述する実施例によって限定されると解釈されてはならない。本発明の技術的思想による実施例は，当業界で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。添付図面において，同じ符号は始終同じ要素を意味する。なお，添付図面における様々な要素と領域は概略的に示されている。よって，本発明は添付図面に示された相対的な大きさや間隔によって限定されない。
【００２２】
図１は，本発明の実施例によるサイクリック薄膜の蒸着方法を示すフローチャートである。図１を参照すると，半導体製造装置のチャンバーの内部に基板を装着する（Ｓ１００）。前記チャンバーの内部に装着された基板にシリコン薄膜が形成され（Ｓ２００），シリコンを蒸着する工程（Ｓ２１０）及び第１パージ工程（Ｓ２２０）がシリコン薄膜の形成と共に行われる。
【００２３】
シリコンを蒸着するために，前記チャンバーの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が蒸着されるようにしてもよい（Ｓ２１０）。前記基板上にシリコンを蒸着した後，未反応シリコン前駆体及び反応副産物を除去する第１パージ工程を行う（Ｓ２２０）。次に，シリコンを蒸着する工程（Ｓ２１０）及び第１パージ工程（Ｓ２２０）を繰り返し（Ｓ２３０），前記基板上にシリコン薄膜を形成する。
【００２４】
シリコンを蒸着する工程（Ｓ２１０）及び第１パージ工程（Ｓ２２０）は，例えば，３回〜１０回繰り返して行われてもよい。各シリコンを蒸着する工程（Ｓ２１０）では，１以上のシリコン原子層が前記基板上に形成されてもよい。よって，シリコンを蒸着する工程（Ｓ２１０）及び第１パージ工程（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で形成され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を有するシリコン薄膜は数Å〜数十Åの厚さを有してもよい。
【００２５】
次に，前記基板上に形成されたシリコン薄膜をシリコン含有絶縁膜として形成する（Ｓ３００）。シリコン含有絶縁膜は，例えば，シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜であってもよい。
【００２６】
シリコン薄膜をシリコン含有絶縁膜として形成するために，前記チャンバーの内部に反応ガスを注入してプラズマ雰囲気を形成してもよい。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一以上のガスであってもよい。
【００２７】
シリコン含有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よい。シリコン含有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よい。
【００２８】
又は，シリコン薄膜をシリコン含有絶縁膜，例えば，シリコン酸化膜として形成するために，前記チャンバー内部にO2又はO3を点火ガスとして利用してプラズマ雰囲気を形成してもよい。
【００２９】
又は，シリコン薄膜をシリコン含有絶縁膜，例えば，シリコン窒化膜として形成するために，前記チャンバー内部にN2又はNH3を点火ガスとして利用してプラズマ雰囲気を形成してもよい。
【００３０】
次に，チャンバーの内部で反応副産物と反応ガス又は点火ガスとを除去する第２パージ工程を行ってもよい（Ｓ４００）。
【００３１】
所望の厚さのシリコン含有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工程（Ｓ２００），シリコン含有絶縁膜として形成する工程（Ｓ３００）及び第２パージ工程（Ｓ４００）は繰り返し行われてもよい（Ｓ５００）。
【００３２】
所望の厚さのシリコン含有絶縁膜が形成された場合，基板はチャンバーから取り出される（Ｓ９００）。
【００３３】
図２は，本発明の実施例によるサイクリック薄膜の蒸着方法を行うための半導体製造装置を示す概略的な断面図である。図２を参照すると，半導体製造装置１０のチャンバー１１内に反応ガスを導入するための導入部１２が形成される。導入部１２によって導入された反応ガスはシャワーヘッド１３を介してチャンバー１１の内部に噴射される。
【００３４】
蒸着の対象となる基板１００がチャック１４の上に載置されるが，このようなチャック１４はチャック支持台１６によって支持される。チャック１４は必要な場合，基板１００に熱を加え，基板１００が所定温度を有するようにしてもよい。このような装置によって蒸着が行われた後，排出部１７によって排出される。
【００３５】
また，半導体製造装置１０はプラズマ雰囲気を形成するためにプラズマ発生部１８を含んでもよい。
【００３６】
図３は，本発明の実施例によるサイクリック薄膜の蒸着方法を示す図である。図３を参照すると，シリコン(Si)前駆体の注入とパージが繰り返し行われる。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てもよい。
【００３７】
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行われる工程からプラズマ雰囲気が形成される工程までが１サイクルとして動作する。即ち，シリコン前駆体の注入及びパージが繰り返し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含有絶縁膜を形成する過程が１サイクルとして動作する。
【００３８】
従って，サイクリック薄膜の蒸着方法は，シリコン前駆体の注入とパージが繰り返し行われ得ることはもちろん，シリコン薄膜の形成及び絶縁膜の形成も同じく繰り返し行われ得る。
【００３９】
図４ａ〜図７は，上述した内容に基づき本発明の実施例によるサイクリック薄膜の蒸着方法を段階的に詳細に説明する。図４ａ〜図７に係る説明において，必要な場合，図１〜図３に係る参照符号が使用され得る。
【００４０】
図４ａ〜図４ｃは，本発明の実施例によるシリコンを蒸着する工程を示す断面図である。図４ａは，本発明の実施例によるシリコン前駆体を注入する工程を示す断面図である。
【００４１】
図４ａを参照すると，基板１００が装着されたチャンバー１１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ェーハのような半導体基板を含んでもよい。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は異なる基板物質などを含んでもよい。
【００４２】
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よく，シリコンと水素を含むシラン系列の前駆体であってもよい。
【００４３】
基板１００がシリコン前駆体５０と反応するよう，基板１００は５０℃〜６００℃の温度に維持されてもよい。また，基板１００が装着されたチャンバー１１内部の圧力は０．０５Torr〜１０Torrを維持してもよい。
【００４４】
図４ｂは，本発明の実施例による基板上にシリコンを蒸着する工程を示す断面図である。図４ｂを参照すると，シリコン前駆体５０のうち基板１００と反応するものによって基板１００上にはシリコン原子が蒸着されてシリコン層１１２が形成されてもよい。シリコン層１１２は少なくとも１〜数個のシリコン原子層で形成され得る。
【００４５】
シリコン前駆体５０は基板１００と反応した後，反応副産物５２が形成され得る。また，シリコン前駆体５０のうち一部は基板１００と反応せず，未反応状態で残っていてもよい。
【００４６】
図４ｃは，本発明の実施例による第１パージ工程を行う工程を示す断面図である。図４ｃ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をチャンバー１１内部から除去するパージを行ってもよい。残留した未反応シリコン前駆体５０及び反応副産物５２をチャンバー１１内部から除去する工程を第１パージ工程と称する。
【００４７】
前記第１パージ工程の間，基板１００は５０℃〜６００℃の温度を維持してもよい。また，基板１００が装着されたチャンバー１１内部の圧力は０．０５Torr〜１０Torrに維持されてもよい。即ち，シリコン層１１２を蒸着する工程及び前記第１パージ工程の間，基板１００の温度及びチャンバー１１内部の圧力は一定に維持され得る。
【００４８】
図５は，本発明の実施例によるシリコン薄膜を蒸着する工程を示す断面図である。図５を参照すると，図４ａ〜図４ｃに示した工程を繰り返し，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で形成されるシリコン薄膜１１０を形成する。
【００４９】
シリコン薄膜１１０は数Å〜数十Åの厚さを有してもよい。シリコン薄膜１１０が３〜１０個のシリコン層１１２，１１４，１１６を含むように，シリコン層１１２を蒸着する工程と前記第１パージ工程は３回〜１０回繰り返し行われてもよい。
【００５０】
このようにシリコン薄膜１１０を複数のシリコン層１１２で形成すると，シリコン薄膜１１０は優秀な膜質と段差被覆性を有することができる。
【００５１】
図６ａは，本発明の実施例によるシリコン薄膜をシリコン含有絶縁膜として形成する工程を示す断面図である。図６ａ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。即ち，基板１００が装着されたチャンバー１１の内部にプラズマ雰囲気を形成する。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方式を使用してもよい。この際，プラズマ雰囲気を形成するために１００W〜３kWの電力が印加され得る。
【００５２】
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一以上の点火ガスと，例えば，O2，O3，N2及びNH3を含む群から選択された一以上の反応ガス６０とが注入されてもよい。この際，点火ガスは１００sccm〜３０００sccmの流量で注入されてもよい。
【００５３】
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一以上の反応ガス６０が注入されてもよい。この際，反応ガス６０が点火ガスの役割をするため，別途の点火ガスを注入しなくてもよい。
【００５４】
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として形成される。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として形成される。
【００５５】
プラズマ雰囲気下でシリコン薄膜１１０をシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜のような後述するシリコン含有絶縁膜として変化させて形成するために，基板１００が装着されたチャンバー１１の圧力を０．０５Torr〜１０Torrに維持してもよい。
【００５６】
図６ｂは，本発明の実施例によるシリコンが含まれた第２パージ工程を行う工程を示す断面図である。図６ａ及び図６ｂを参照すると，残留した反応ガス６０又は反応副産物を除去する第２パージ工程を行い，シリコン含有絶縁膜１２０ａを形成する。シリコン含有絶縁膜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よい。
【００５７】
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含有絶縁膜１２０ａをプラズマ雰囲気で形成すると優秀な膜質を得ることができる。特に，シリコン含有絶縁膜１２０ａが薄く形成されても優秀な膜質を得ることができる。
【００５８】
また，上述したように，シリコン薄膜１１０が優秀な膜質と段差被覆性を有することができるため，シリコン含有絶縁膜１２０ａも同じく優秀な膜質と段差被覆性を有することができる。特に，シリコン含有絶縁膜１２０ａはプラズマ雰囲気で形成されるため，更に良い膜質を有することができる。
【００５９】
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ー１１の内部から除去するパージ工程を第２パージ工程と称する。
【００６０】
図７は，本発明の他の実施例によるシリコン含有絶縁膜を示す断面図である。図７を参照すると，図４ａ〜図６ｂで説明した工程を繰り返し，複数のシリコン含有絶縁膜１２０ａ，１２０ｂが含まれる絶縁膜１２０を形成することができる。
【００６１】
図６ａに示すシリコン薄膜１１０をシリコン含有絶縁膜１２０ａとして形成する場合，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。従って，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の表面に形成された絶縁膜を貫通して拡散しなければならない。従って，絶縁膜の形成速度はシリコン薄膜１１０が厚いほどより遅くなる。
【００６２】
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にシリコン含有絶縁膜を形成する過程を繰り返すと，相対的に厚いシリコン薄膜を一度に絶縁膜として形成するよりも処理時間を短縮することができる。
【００６３】
従って，処理時間とシリコン含有絶縁膜の所望の厚さを考慮し，図４ａ〜図６ｂで説明した工程を繰り返す回数を決定してもよい。
【００６４】
また，絶縁膜１２０は２つのシリコン含有絶縁膜１２０ａ，１２０ｂが含まれるものとして示されているが，３又はそれ以上のシリコン含有絶縁膜を含むことも可能である。
【００６５】
本発明を好ましい実施例により詳細に説明したが，これとは異なる形の実施例も可能である。よって，後述する特許請求の範囲の技術的思想と範囲は好ましい実施例に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は，蒸着工程のような多様な形の半導体製造工程に応用することができる。
【図１】
2013542580.tif 000003
【図２】
2013542580.tif 000004
【図３】
2013542580.tif 000005
【図４ａ】
2013542580.tif 000006
【図４ｂ】
2013542580.tif 000007
【図４ｃ】
2013542580.tif 000008
【図５】
2013542580.tif 000009
【図６ａ】
2013542580.tif 000010
【図６ｂ】
2013542580.tif 000011
【図７】
2013542580.tif 000012
【国際調査報告】
2013542580.tif 000013
2013542580.tif 000014
2013542580.tif 000015
2013542580.tif 000016