(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガス注入管から注入されるガスを均等に分布させるように上下層に第１バッファ部を区画し、かつ、前記第１バッファ部内に分布した原料ガスが一定流速で噴射されるように形成された複数の原料ガス噴射ホールを有する底面板を含む原料ガス噴射手段と、
前記原料ガス噴射手段との間にプラズマ発生ガスを均一に分布させるための第２バッファ部を区画し、かつ、前記第２バッファ部内に分布したプラズマ発生ガスを噴射する複数のプラズマ発生ガス噴射ホール及び貫通ホールを有する底面板を含むプラズマ発生ガス噴射手段と、
前記原料ガス噴射ホールと前記貫通ホールとを連通させ、前記原料ガスと前記プラズマ発生ガスとが混合しないように誘導する手段と、
前記原料ガス噴射手段の底面板に外部のＲＦ電源を印加するＲＦロードを含むＲＦ発生手段とを備えることを特徴とするラジカル蒸着のためのシャワーヘッド装置。
【請求項２】
前記原料ガス噴射手段は、
第１バッファ部を上下層に区画し、上層空間部に分布した原料ガスを下層の空間部に均一に分布させるために複数のホールが形成された中間板を含むことを特徴とする請求項１に記載のラジカル蒸着のためのシャワーヘッド装置。
【請求項３】
前記原料ガス噴射手段の底面板に直立して配置され、前記中間板の下側に下層空間部を形成するように、前記中間板を支持する支持ピンをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のラジカル蒸着のためのシャワーヘッド装置。
【請求項４】
前記原料ガス噴射手段の底面板が電極板で構成されたことを特徴とする請求項１に記載のラジカル蒸着のためのシャワーヘッド装置。
【請求項５】
前記ＲＦロードの外周面に設けられた第１絶縁部材と、
前記原料ガス噴射手段の第１バッファ部の上部をカバーするように設けられた第２絶縁部材と、
前記プラズマ発生ガス噴射手段の第２バッファ部の外周縁部に設けられ、第２バッファ部の上下幅間隔を維持するための第３絶縁部材とをさらに含み、
第１〜第３絶縁部材は、原料ガス噴射手段の底面板に印加されるＲＦ電源を電気的に絶縁させることを特徴とする請求項１に記載のラジカル蒸着のためのシャワーヘッド装置。
【請求項６】
前記第２絶縁部材を包むように設けられる上部プレートと、
その側面がチャンバに固定され、前記上部プレート及び第３絶縁部材を支持する下部プレートとをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のラジカル蒸着のためのシャワーヘッド装置。
【請求項７】
前記上部プレートに内蔵されて前記原料ガス噴射手段の第１バッファ部に分布している原料ガスを一定な温度に維持させるヒーティング手段をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のラジカル蒸着のためのシャワーヘッド装置。
【請求項８】
前記上部プレートと第２絶縁部材とを貫通して原料ガス噴射手段の第１バッファ部に原料ガスを供給するための原料ガス注入管と、
前記原料ガス注入管の所定位置に配置され、第１バッファ部に流入するガスの流量を調節する流量調節器と、
前記原料ガス噴射手段を貫通してプラズマ発生ガス供給手段の第２バッファ部にプラズマガスを供給するためのプラズマガス導入管とをさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のラジカル蒸着のためのシャワーヘッド装置。
【請求項９】
前記原料ガス噴射手段の底面板に形成され、前記プラズマガス注入管と連通し、プラズマガス分配ホールが形成された底部を有するプラズマガスバッファ部と、
前記原料ガス噴射手段の底面板と第３絶縁部材間に形成され、前記プラズマガス分配ホールと連通してプラズマガスを第２バッファ部に流入させるためのガス通路とをさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のラジカル蒸着のためのシャワーヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置を製造するための化学気相蒸着（Ｃhｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置に関し、特に、ラジカル蒸着のためのシャワーヘッド装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体製造工程でウェーハまたは基板に薄膜を蒸着するための気相化学蒸着装置では高品質の薄膜を低い温度で蒸着するためにプラズマを利用して原料ガスを活性化させウェーハや基板に薄膜を蒸着させるようにしている。ここで、従来のプラズマ発生装置を図１を参照して簡略に説明する。
【０００３】
図１は、従来の一般的なプラズマ発生装置１００の概略図である。プラズマ発生装置１００は、下部に排気口６が形成され、基板１０８を収容するチャンバ１０７と、前記チャンバ１０７の上面中央内部に貫通し、チャンバ１０７にプラズマ発生ガスを注入するためのガス注入管１０２と、前記ガス注入管１０２の下端部に装着され、複数のホールを通してプラズマ発生ガスを噴射するシャワーヘッド１１０と、前記シャワーヘッド１１０の下方において、原料ガス注入管１０１の端部に接続され、原料ガスをチャンバ１０７に供給するシャワーリング１０３と、前記基板１０８を支持しかつ所定温度に加熱するヒーター１０９とで構成されている。シャワーヘッド１１０は遮蔽部材１０４により覆われている。また、原料ガス及びプラズマ発生ガスの供給により、基板１０８上に薄膜が蒸着される。
【０００４】
ここで、チャンバ１０７上板において、前記ガス注入管１０２が貫通する部位には、外部のＲＦ電源（図示せず）が印加され、プラズマを発生させるための電極板が備わった絶縁部１０５が設けられている。また、前記シャワーリング１０３はプラズマ発生装置と分離されるように設けられた構造になっている。
【０００５】
従来のプラズマ発生装置１００では、前記シャワーヘッド１１０を通過するプラズマ発生ガスがシャワーリング１０３に直接接触するために、プラズマによる温度上昇によって原料ガスの精密な温度調節が不可能である。これは成長薄膜の膜質を低下させる原因になっている。また、大口径ウェーハを処理する場合には、ウェーハ全面に原料ガスを均一に噴射することが難しく、均一な薄膜の形成が不可能である。また、シャワーリング１０３とウェーハまたは基板１０８の距離が大きいため、原料ガスの蒸着効率が低下するという問題点を内包している。
【０００６】
前記のような問題点を解消するため、本願出願人の大韓民国特許登録第９９−０２４３４４６号では、上下部に各々バッファ部を有する２段階のシャワーヘッドを備えてプラズマ内に噴射される原料ガスの分布を一定に維持させることによって、ウェーハや基板に均一な薄膜を形成できるプラズマ発生部を有するシャワーヘッド装置２００が提案された。
【０００７】
図２は、そのシャワーヘッド装置２００の概略図である。シャワーヘッド装置２００は第１バッファ部２０１ａ及び第２バッファ部２０２ａを有する２段階の第１及び第２シャワーヘッド２０１、２０２を含む。ここで、前記第１シャワーヘッド２０１の上部第１バッファ部２０１ａでプラズマを発生させて、第２バッファ部２０２ａを貫通するプラズマ噴射ホール２０１ｂを通してそのプラズマを基板２０３上に噴射する。そして、前記第２シャワーヘッド２０２の第２バッファ部２０２ａに原料ガスを注入して、第２バッファ部２０２ａの底面板に形成された複数の原料ガス噴射ホール２０２ｂを通してその原料ガスを噴射する構造を有する。従来のシャワーヘッド装置２００では、第２バッファ部２０２ａを貫通する長いプラズマ噴射ホール２０１ｂを通して、プラズマをチャンバに流入させる。そのため、陽イオン、電子及びラジカルなどのプラズマ構成粒子がプラズマ噴射ホール２０１ｂを通過する際に相互衝突したり、プラズマ噴射ホール２０１ｂの内壁と衝突する確率及び回数が増えてエネルギーを消失する。これによってプラズマ効率が低下するという短所がある。また第２バッファ部２０２ａに形成された複数のプラズマ噴射ホール２０２ｂによって第２バッファ部２０２ａ内に流入した原料ガスがその内部で甚だしく渦流を引き起こし、シャワーヘッド装置２００内部を汚染し、多量のパーティクルを生じるという問題点を持っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は従来技術における諸般問題点を解決するために案出されたものであり、その第１の目的はウェーハや基板に均一な薄膜を形成できるラジカル蒸着のためのシャワーヘッド装置を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の第２の目的は簡単な構造で、かつ、比較的低温で高品質で薄膜を形成することのできるラジカル蒸着のためのシャワーヘッド装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、原料ガス注入管から注入されるガスを均等に分布させるように上下層に第１バッファ部を区画し、かつ、前記第１バッファ部内に分布した原料ガスが一定流速で噴射されるように形成された複数の原料ガス噴射ホールを有する底面板を含む原料ガス噴射手段と、前記原料ガス噴射手段との間にプラズマ発生ガスを均一に分布させるための第２バッファ部を区画し、かつ、前記第２バッファ部内に分布したプラズマ発生ガスを噴射する複数のプラズマ発生ガス噴射ホール及び貫通ホールを有する底面板を含むプラズマ発生ガス噴射手段と、前記原料ガス噴射ホールと前記貫通ホールを連通させ、原料ガスとプラズマ発生ガスとが混合しないように誘導する手段と、前記原料ガス噴射手段の底面板に外部のＲＦ電源を印加するＲＦロードを含むＲＦ発生手段とを備えるラジカル蒸着のためのシャワーヘッド装置を提供する。
【００１１】
前記原料ガス噴射手段は、第１バッファ部を上下層に区画し、上層空間部に分布した原料ガスを下層の空間部に均一に分布させるために複数のホールが形成された中間板を含むことが好ましい。
【００１２】
前記原料ガス噴射手段の底面板に直立して配置され、前記中間板の下側に下層空間部を形成するように、前記中間板を支持する支持ピンをさらに備えることが好ましい。
【００１３】
前記原料ガス噴射手段の底面板が電極板で構成されることが好ましい。
前記ＲＦロードの外周面に設けられた第１絶縁部材と、前記原料ガス噴射手段の第１バッファ部の上部をカバーするように設けられた第２絶縁部材と、前記プラズマ発生ガス噴射手段の第２バッファ部の外周縁部に設けられ、第２バッファ部の上下幅間隔を維持するための第３絶縁部材とをさらに含み、第１〜第３絶縁部材は、原料ガス噴射手段の底面板に印加されるＲＦ電源を電気的に絶縁させることが好ましい。
【００１４】
前記第２絶縁部材を包むように設けられる上部プレートと、その側面がチャンバに固定され、前記上部プレート及び第３絶縁部材を支持する下部プレートと
をさらに含むことが好ましい。
【００１５】
前記上部プレートに内蔵されて前記原料ガス噴射手段の第１バッファ部に分布している原料ガスを一定な温度に維持させるヒーティング手段をさらに含むことが好ましい。
【００１６】
前記上部プレートと第２絶縁部材とを貫通して原料ガス噴射手段の第１バッファ部に原料ガスを供給するための原料ガス注入管と、前記原料ガス注入管の所定位置に配置され、第１バッファ部に流入するガスの流量を調節する流量調節器と、前記原料ガス噴射手段を貫通してプラズマ発生ガス供給手段の第２バッファ部にプラズマガスを供給するためのプラズマガス導入管とを含むことが好ましい。
【００１７】
前記原料ガス噴射手段の底面板に形成され、前記プラズマガス注入管と連通し、プラズマガス分配ホールが形成された底部を有するプラズマガスバッファ部と、前記原料ガス噴射手段の底面板と第３絶縁部材間に形成され、前記プラズマガス分配ホールと連通してプラズマガスを第２バッファ部に流入させるためのガス通路とをさらに含むことが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図３及び図４を参照しながら本発明の一実施例のシャワーヘッド装置３００を詳細に説明する。
【００１９】
シャワーヘッド装置３００は、原料ガスとプラズマ発生ガスとを相互分離して噴射し、プラズマを利用して原料ガスを活性化させることによって薄膜の均一性と膜質を高めることができるように具現された。シャワーヘッド装置３００には、図３に図示したように、ウェーハまたは基板３２を収容するチャンバ１０の内側上部に設けられ、原料ガスの温度を均一に維持させる第１ヒーター１２を収容したシャワーヘッド上部プレート１１と、その側面がチャンバ１０に固定され前記上部プレート１１を支持する下部プレート１３と、前記上部プレート１１の中央部を貫通し、原料ガスを供給するための原料ガス注入管１４と、前記原料ガス注入管１４の所定位置に配置され、原料ガスの流入量（流入速度）を調節する流量調節器２７が設けられる。
【００２０】
また、前記上部プレート１１の内部には、原料ガス注入管１４から注入されるガスを均一に分布させるために第１バッファ部１５ａが形成され、前記第１バッファ部１５ａ内に分布した原料ガスが一定流速で噴射されるようにその底面板１５ｂに複数の原料ガス噴射ホール１５ｃが形成された第１シャワーヘッド１５が設けられる。
【００２１】
ここで、前記第１シャワーヘッド１５の底面板１５ｂは、電極板で形成され、後述するＲＦ電源部から印加されるＲＦによりプラズマを発生させる。また、第１シャワーヘッド１５には、第１バッファ部１５ａを上下層に区画し、かつ、上層空間部に分布した原料ガスを下層の空間部に均一に分布させるために複数の排出ホール１６ａが形成された中間板１６と、前記第１シャワーヘッド１５の底面板１５ｂに直立するように設けられ、前記中間板１６を支持して中間板１６の下側に下層空間部を区画する支持ピン１７が備えられる。
【００２２】
前記第１シャワーヘッド１５の下部には、第２シャワーヘッド１８が配置される。第２シャワーヘッド１８には、プラズマ発生ガスの流速分布を均等にするための第２バッファ部１８ａと、前記第２バッファ部１８ａ内に分布したプラズマ発生ガスを噴射するために、複数のプラズマ発生ガス噴射ホール１８ｃが形成された底面板１８ｂとを有する。図４に図示したように、前記第２シャワーヘッド１８の底面板１８ｂに形成されたプラズマ発生ガス噴射ホール１８ｃ周囲には第１シャワーヘッド１５の底面板１５ｂに形成された原料ガスホール１５ｃと対向する貫通ホール１８ｄが形成されている。
【００２３】
前記第１シャワーヘッド１５の外部一側には、上部プレート１１を直立するように貫通して第１シャワーヘッド１５の底面板１５ｂに外部のＲＦ電源を印加するためのＲＦロード１９ａとＲＦコネクタ１９ｂとを備えたＲＦ電源部１９が装着される。
【００２４】
一方、前記原料ガスとプラズマ発生ガスとが混合されないように誘導するために、原料ガス噴射ホール１５ｃと貫通ホール１８ｄとを接続する絶縁体からなる誘導管２０が設けられる。
【００２５】
前記ＲＦ電源部１９のＲＦロード１９ａ外周面には第１絶縁部材２１が設けられ、前記第１シャワーヘッド１５の第１バッファ部１５ａ上部と上部プレート１１間には前記第１バッファ部１５ａをカバーするための第２絶縁部材２２が設けられる。また、前記第２シャワーヘッド１８の第２バッファ部１８ａ外周縁部には、その上下幅間隔を維持するための第３絶縁部材２３が設けられる。ここで、前記第２及び第３絶縁部材２２、２３は下部プレート１３により支持され、また前記第１〜第３絶縁部材２１、２２、２３は第１シャワーヘッド１５の底面板１５ｂに印加されるＲＦ電源を電気的に絶縁させる機能を有する。
【００２６】
前記第１シャワーヘッド１５の底面板１５ｂの外周面一側には第２シャワーヘッド１８の第２バッファ部１８ａにプラズマガスを供給するためのプラズマガス導入管２４が設けられる。また、前記プラズマガス導入管２４と連通するように、第１シャワーヘッド１５の底面板１５ｂ一側外周面には、その底部にプラズマガス分配ホール２５ａが形成されたプラズマガスバッファ部２５が形成され、前記第１シャワーヘッド１５の底面板１５ｂと第３絶縁部材２３間には、前記プラズマガス分配ホール２５ａと連通してプラズマガスを第２バッファ部１８ａに流入させるためのガス通路２６が形成される。
【００２７】
チャンバ１０の下部には、チャンバ１０内のガスを外部に排出するための排気ポート３１が配置される。また、チャンバ１０内には、基板３２を支持し、前記基板３２に所定の熱源を提供する第２ヒーター３３が収容される。基板３２には、前記第２シャワーヘッド１８で噴射されるプラズマ発生ガスにより活性化された原料ガスが蒸着して薄膜が形成される。
【００２８】
一実施例のシャワーヘッド装置３００の作用を詳細に説明する。
まず、プラズマ発生ガス導入管２４から提供されるガスがガスバッファ部２５のプラズマガス分配ホール２５ａとガス通路２６とを通して第２シャワーヘッド１８の第２バッファ部１８ａに導入される。ＲＦ電源部１９からの電源を前記ＲＦロード１９ａを通して前記第１シャワーヘッド１５の底面板１５ｂに印加する。これによってプラズマを発生させる。前記生じたプラズマは第２バッファ部１８ａ内から一定な圧力分布で第２シャワーヘッド１８の底面板１８ｂに形成されたプラズマ発生ガス噴射ホール１８ｃを通して基板３２に噴射される。また、前記原料ガス注入管１４から原料ガスが第１シャワーヘッド１５の第１バッファ部１５ａに形成された上層空間部に導入されて、このガスは再び中間板１６のホール１６ａを通して第１バッファ部１５ａの下層空間部に流入して原料ガスの圧力が均等に分布する。この時、前記上部プレート１１に内蔵されたヒーターにより前記第１シャワーヘッド１５の第１バッファ部１５ａに分布している原料ガスの温度を一定に維持させる。
【００２９】
そして、前記第１シャワーヘッド１５の第１バッファ部１５ａに分布している原料ガスは、第１シャワーヘッド１５の底面板１５ｂに形成された原料ガス噴射ホール１５ｃと第２シャワーヘッド１８の底面板１８ｂに形成された貫通ホール１８ｄを連通させる誘導管２０を通して基板３２上に噴射される。
【００３０】
このように、第１シャワーヘッド１５の第１バッファ部に分布してから誘導管２０を通過した原料ガスと、第２シャワーヘッド１８のプラズマ発生ガス噴射ホール１８ｃを通過したプラズマ発生ガスの中性ラジカルは、相互分離された状態で基板上に噴射される。この過程で前記原料ガスと中性ラジカルの反応が防止され、パーティクル発生の主原因になる気相反応が抑制されるので、ウェーハや基板３２に均一で優秀な膜質の薄膜が形成される。
【００３１】
本発明は前述した実施例及び添付された図面に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で様々に置換又は変更が可能なことは当業者において明白である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、プラズマ発生部と原料ガス噴射部とが一体化された２段階構造のシャワーヘッドを構成することによって、従来のプラズマを利用した蒸着方法で問題であったイオン及び電子衝突、注入などが防止される。また、原料ガスとして金属有機（ｍｅｔａｌ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｓｏｕｒｃｅ）または金属無機（ｍｅｔａｌ  ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  ｓｏｕｒｃｅ）を用いた場合、薄膜内に炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、塩素（Ｃｌ）、ブロム（Ｂｒ）等のような不純物や多量のパーティクルが混入するのが抑制される。また、シャワーヘッド装置から生じたラジカルがチャンバに流入する経路を最少に維持してラジカルの効率を極大化できて、比較的低温工程で高品質の薄膜を形成することができる。従って、基板製造工程の信頼性は向上し、製品の製造収率は向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来のプラズマ化学気相蒸着装置の概略図。
【図２】  従来のシャワーヘッドの正面図。
【図３】  本発明の一実施形態によるラジカル蒸着のためのシャワーヘッド装置の断面図。
【図４】  図３のシャワーヘッド装置の底面板の平面図。
【符号の説明】
１０：チャンバ
１１：上部プレート
１２：第１ヒーター
１３：下部プレート
１４：原料ガス注入管
１５：第１シャワーヘッド
１５ａ：第１バッファ部
１５ｂ、１８ｂ：底面板
１５ｃ：原料ガス噴射ホール
１６：中間板
１７：支持ピン
１８：第２シャワーヘッド
１８ａ：第２バッファ
１８ｃ：プラズマ発生ガス噴射ホール
１８ｄ：貫通ホール
１９：ＲＦ電源部
１９ａ：ＲＦロード
１９ｂ：ＲＦコネクタ
２０：誘導管
２１、２２、２３：第１、第２、第３絶縁部材
２４：プラズマガス注入管
２５：プラズマガスバッファ部
２５ａ：プラズマガス分配ホール
２６：ガス通路
２７：流量調節器
３１：排気ポート
３２：基板
３３：第２ヒーター
【図１】
0003762233.tif 000002
【図２】
0003762233.tif 000003
【図３】
0003762233.tif 000004
【図４】
0003762233.tif 000005