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KR20030055153A - 실리콘 산화막 제조방법 - Google Patents

실리콘 산화막 제조방법 Download PDF

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KR20030055153A
KR20030055153A KR1020020083493A KR20020083493A KR20030055153A KR 20030055153 A KR20030055153 A KR 20030055153A KR 1020020083493 A KR1020020083493 A KR 1020020083493A KR 20020083493 A KR20020083493 A KR 20020083493A KR 20030055153 A KR20030055153 A KR 20030055153A
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닛뽄덴끼 가부시끼가이샤
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Abstract

RS-CVD장치를 사용하여 실리콘 산화막(SiO2)을 제조할 때에, 원자상태 산소의 발생효율을 높여서 실리콘 산화막의 막질을 향상시킬 수 있는 실리콘 산화막 제조방법을 제안한다.
플라즈마 생성공간에 도입하는 산소원자를 포함하는 가스(O2가스나 O3가스, 등)에 대해, 질소원자를 포함하는 가스(N2가스, NO가스, N2O가스, NO2가스, 등)를 첨가시켜, 이들의 가스에 의한 플라즈마에 의해 생성되는 플라즈마 생성공간의 원자상태 산소량을 증가시킴으로써 과제를 해결했다.

Description

실리콘 산화막 제조방법{SILICON OXIDE FILM FORMATION METHOD}
본 발명은 실리콘 산화막을 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히, 라디칼 샤워 CVD장치(RS-CVD장치)를 사용하여 막질이 향상된 실리콘 산화막을 제조(作製)하는 방법에 관한 것이다.
현재, 저온에서 폴리실리콘형 TFT를 이용하는 액정 디스플레이의 제조에서, 저온에서 게이트 절연막으로서 적당한 실리콘 산화막을 성막하는 경우, 프라즈마 CVD가 사용되고 있다.
그 중에서, 이전의 일본 특허출원인 특개 2000-345349호에서 제안된 CVD장치(본 명세서에서, 이것 이전의 특허출원에 관계되는 CVD장치를 통상의 플라즈마 CVD장치와 구별하기 위해, 라디칼샤워 CVD장치로서 「RS-CVD장치」라 칭함)는, 진공용기내에서 플라즈마를 생성하여 전기적으로 중성인 여기 활성물질(본 명세서에서 「라디칼」로 표시함)을 발생시키고, 이 라디칼과 재료가스로 기판에 성막처리를 행하는 것이다. 즉, 라디탈이 통과하는 복수의 구멍을 갖는 격막판을 사용하여 진공용기를 플라즈마 생성공간과 성막처리 공간으로 분리하고, 플라즈마 생성공간에 가스를 도입하여 플라즈마에 의해 라디칼을 발생시키고, 이 라디칼을 상기 격벽판의 복수의 구멍을 통하여 성막처리공간에 도입하는 동시에, 성막처리공간에 재료가스를 직접 도입하여(즉, 재료가스를 상기 플라즈마나 라디칼에 접촉시키지 않고, 진공용기의 외부로부터 직접 성막처리공간에 도입하여), 성막처리공간에서 상기 도입된 라디칼과 재료가스를 반응시켜, 성막처리공간에 배치되어 있는 기판상(예를 들면, 370mm×470mm의 유리기판상)에 성막을 행하는 방식이 채용되어 있는 것이다.
이와 같은 RS-CVD장치의 성막처리공간에서 생기는 실리콘 산화막의 형성반응은, 플라즈마 생성공간으로부터 성막처리공간에 공급된 원자상태 산소(활성 여기물질)가, 성막처리공간에서 실란(SiH4)가스와 접촉함으로써 이들을 분해하고, 분해된 가스가, 다시 원자상태 산소 및 산소가스 등과 반응을 반복함으로써 일어난다(반응의 모식도를 도 4에 도시함).
즉, 도 4의 반응에서, 플라즈마 생성공간에서 생성되는 원자상태 산소(활성여기물질)는, 실리콘 산화막의 일련의 형성반응의 개시를 일으키는 트리거적인 존재인 동시에, 실리콘 산화막형성의 반응을 촉진하기 위한 반응물질이기도 하다.
이러한 점으로부터, 성막처리공간에 도입되는 플라즈마 생성공간으로부터의 원자상태 산소가 적은 경우, 실란(SiH4)가스의 불충분한 분해 때문에 생성된 중간생성물이, 성막이 진행되고 있는 막중에 혼입되고 마는, 결과로서 성막의 열화가 야기되는 것이 알려져 있다.
이와 같은 실리콘 산화막의 형성과정에서 중요한 역할을 달성하는 원자상태 산소의 발생효율을 높이는 방법으로서, 이하와 같이 성막조건을 변경함으로써 대응할 수 있다.
도 5는, 성막처리공간측에서 측정한 플라즈마 생성공간측으로부터 유입되온 원자상태 산소유량과 방전전력 의존성의 관계를 나타내는(방전주파수는 60MHz) 것이다. 도 5로부터, 방전전력을 증가시켜도 원자상태 산소유량은 방전전력과 함께단조증가하지 않고, 방전전력이 약 35W에서 최대의 값을 나타낸 후는, 단조감소로 바뀌는 것을 알 수 있다.
또, 플라즈마 생성공간에서 생성되는 원자상태 산소량은, 도입된 산소가스의 유량과 함께 증가하지만, 어떤 유량에서 최대에 도달하는 것이 알려져 있고, 도 1, 2와 같은 RS-CVD장치의 경우, 도입된 산소가스 총유량의 15%정도의 해리도가 얻어지는 것이 확인되고 있다.
한편, 성막조건을 최적화하는 방법으로는 별도의 원자상태 산소의 발생효율을 높이는 방법으로서, 일본 특개평 11-279773호에 개시되어 있는 바와 같이, 헬륨(He), 크립톤(Kr), 아르곤(Ar) 등의 소위 희가스를 첨가하여 플라즈마중의 원자상태 산소량을 증대시키는 방법이 알려져 있다.
그러나, 이 방법의 경우, 희가스와 산소가스의 비율은, 압도적으로 희가스가 많아지도록 첨가된다.
예를 들면, 산소가스의 20배의 크립톤(Kr)이나 산소가스의 25배의 아르곤(Ar) 등, 목적으로 하는 원자상태 산소의 발생효율을 높이기 위해, 산소가스에 대해 압도적인 양의 희가스가 첨가되고 있다. 즉, 예를 들면, 아르곤가스(Ar):산소가스(O2)를 25:1로 흘려서 원자상태 산소를 생성한 경우, 예를 들어, 산소가스에 대해 100%의 해리도가 얻어졌다고 해도, 총유량에 대한 원자상태 산소의 생성율은, 고작 4% 미만이 되고 만다.
상기와 같이, 실리콘 산화막의 형성과정에서 중요한 역할을 달성하고 있는원자상태 산소의 발생효율을 높이는 방법으로서 몇 가지인가 알려져 있지만, 실리콘 산화막의 프로세스 파라미터에 영향을 줄 만큼은 충분한 원자상태 산소량이 얻어지지 않았다.
또, 일본 특개평 11-279773호에서 개시되는 방법에서는, 원자상태 산소의 발생효율을 높이기 위해, 압도적인 양의 희가스를 도입하여 희가스의 분위기를 형성할 필요가 있고, 총유량에 대한 원자상태 산소의 생성율이 낮고, 예를 들면, 기판의 대면적화가 진행되는 현재의 산업상, 예를 들면 1m나 달하는 기판상에 실리콘 산화막을 생산하는 장치를 사용하는 경우에 있어서는, 원자상태 산소를 생성하기 위해, 산소가스의 몇배, 몇십배의 대량의 희가스를 필요로 하고 있었다.
본 발명은, RS-CVD장치를 사용하여 제조하는 실리콘 산화막(SiO2막)의 막질을 향상시키기 위해, 상술한 종래 채용되고 있던 원자상태 산소의 발생효율을 높이는 방법을 대신하는, 다른 방법을 제안하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, RS-CVD장치를 사용하여 실리콘 산화막(SiO2막)을 제조할 때에, 플라즈마 생성공간에 도입하는 산소원자를 포함하는 가스에, 질소원자를 포함하는 가스를 첨가시키고, 이들 가스에 의한 플라즈마에 의해 생성되는 플라즈마 생성공간의 원자상태 산소량을 증가시키는 실리콘 산화막 제조방법을 제안하는 것이다.
더욱이, 본 발명은, 상술한 첨가가스(질소원자를 포함하는 가스)의 산소원자를 포함하는 가스에 대한 첨가량이 중요한 것을 명확하게 하고, 대형화하는 기판에 대해서도 양호한 실리콘 산화막을 효율좋게, 또한, 경제적으로 성막할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실리콘 산화막 제조방법에 사용되는 RS-CVD장치의 제 1의 실시형태를 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실리콘 산화막 제조방법에 사용되는 RS-CVD장치의 제 2의 실시형태를 도시하는 단면도이다.
도 3은 격벽판에 형성되어 있는 관통구멍의 형상의 일예를 설명하는 단면도이다.
도 4는 RS-CVD장치의 성막처리공간에서 생기는 실리콘 산화막의 형성반응을 설명하는 모식도이다.
도 5는 성막처리공간에서 측정한 플라즈마 생성공간으로부터 유입되어 온 원자상태 산소량과 방전전력 의존성의 관계를 도시하는 도면이다.
도 6은 플라즈마 생성공간에 도입되는 아산화질소가스, 질소가스중 산소가스에 대한 농도와 원자상태 산소로부터의 발광강도의 관계를 도시하는 도면이다.
도 7은 유효전하밀도(Neff)와 아산화질소가스의 첨가량 의존성을 도시하는 도면이다.
본 발명이 제안하는 실리콘 산화막 제조방법은, 진공용기내에서 발생시킨 플라즈마에 의해 생성된 생성물질, 즉, 라디칼과 재료가스로 기판에 실리콘 산화막을 성막하는 것이고, 이하와 같은 CVD장치(RS-CVD장치)를 사용하여 행해지는 것이다.
이 CVD장치의 진공용기내에는, 진공용기의 내부를 2실로 격리하는 도전성 격벽판이 설치되어 있고, 격리된 상기 2실중, 한쪽 실의 내부는 고주파전극이 배치된 플라즈마 생성수단으로 하고, 다른 실의 내부는 기판을 탑재하는 기판 유지기구가 배치된 성막치리공간으로서 각각 형성되어 있다. 상기의 도전성 격막판은, 플라즈마 생성수단과 성막처리공간을 통하게 하는 복수의 관통구멍을 가지고 있는 동시에, 플라즈마 생성공간으로부터 격리되고 또한 성막처리공간과 복수의 확산구멍을 통하여 통해 있는 내부공간을 가지고, 도전성 격벽판의 내부공간에 외부로부터 공급된 재료가스가 당해 복수의 확산구멍을 통하여 성막처리공간에 도입된다. 한편, 고주파전극에 고주파전력을 부여하여 플라즈마 생성공간에서 플라즈마 방전을 발생시킴으로써 플라즈마 생성공간에서 생성된 생성물질, 즉, 라디칼이, 도전성 격벽판의 복수의 관통구멍을 통하여 성막처리공간에 도입된다. 그래서, 성막처리공간에서, 상기의 생성물질(라디칼)과 재료가스로 기판에의 실리콘 산화막 성막이 행해지는 것이다.
여기에서, 본 발명의 실리콘 산화막 제조방법은, 실리콘 산화막 제조시에, 고주파전극에 고주파전력을 부여하여 플라즈마 방전을 발생시키는 플라즈마 생성공간에, 산소원자를 포함하는 가스와 질소원자을 포함하는 가스가 도입되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 플라즈마 생성공간에 산소원자를 포함하는 가스와 함께 도입되는 질소원자를 포함하는 가스를 혼입하는 바람직한 비율은, 산소원자를 포함하는 가스에 대해 20% 이하의 농도이고, 더욱 바람직한 비율은, 산소원자를 포함하는 가스에 대해 5~7%의 농도이다.
또, 산소원자를 포함하는 가스로서는, 예를 들면, O2또는 O3를 사용할 수 있고, 질소원자를 포함하는 가스로서는, 예를 들면, N2, NO, N2O, NO2중 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명의 실리콘 산화막의 제조방법에 의하면, RS-CVD장치를 사용한 실리콘 산화막의 제조에서, 플라즈마 생성공간에 도입되는 산소원자를 포함하는 가스(O2가스나 O3가스, 등)에 대해, 질소원자를 포함하는 가스(N2가스, NO가스, N2O가스, NO2가스, 등)를, 산소원자를 포함하는 가스에 대해 20% 이하, 최적으로는, 5~7%의 농도라는 미량첨가하는 것만으로, 원자상태 산소량을 약 2배로 증가시킬 수 있고, 양호한 실리콘 산화막을 제조할 수 있다.
그래서, 본 발명의 실리콘 산화막의 제조방법에 의하면, 질소원자를 포함하는 가스(N2가스, NO가스, N2O가스, NO2가스, 등)의 배관, 밸브, 유량조절기 등으로 이루어지는 간략한 구성을 추가하는 것만으로, 현대의 대형화하는 기판에 대해서도 양질의 실리콘 산화막을 경제적으로 또한 효율좋게 제조할 수 있다.
이하에, 본 발명의 적합한 실시형태를 첨부도면에 근거하여 설명한다.
도 1, 도 2를 참조하여 본 발명의 실리콘 산화막 제조방법에 사용할 수 있는 CVD장치(RS-CVD장치)의 바람직한 실시형태를 설명한다. 도 1, 도 2에서, 이 RS-CVD장치에서는, 바람직하게는 실란을 재료가스로서 사용하고, 통상의 TFT용 유리기판(11)의 상면에 실리콘 산화막을 게이트 절연막으로서 성막한다.
RS-CVD장치의 진공용기(12)는, 성막처리를 행할 때, 배기기구(13)에 의해 그 내부가 원하는 진공상태로 유지되는 진공용기이다. 배기기구(13)는 진공용기(12)에 형성된 배기포트(12b-1)에 접속되어 있다.
진공용기(12)의 내부에는, 수평인 상태에서 도전성 부재로 만들어진 격벽판(14)이 설치되어 있고, 평면형상이 예를 들면 직사각형인 격벽판(14)은, 그 둘레 가장자리가 도전재 고정부(22)의 하면에 꽉 눌려서 밀폐상태를 형성하도록 배치되어 있다.
이렇게 하여, 진공용기(12)의 내부는 격벽판(14)에 의해 상하 2개의 실로 격리되고, 상측의 실은 플라즈마 생성공간(15)를 형성하고, 하측의 실은 성막처리공간(16)을 형성한다.
격벽판(14)은 소망의 특정한 두께를 가지고, 또한 전체적으로 평판형상의 형태를 가지고, 더욱이 진공용기(12)의 수평단면형상과 유사한 평면형상을 갖는다. 격벽판(14)에는 내부공간(24)이 형성되어 있다.
유리기판(11)은 성막처리공간(16)에 설치된 기판 유지기구(17) 상에 배치되어 있다. 유리기판(11)은 격벽판(14)에 실질적으로 평행이고, 그 성막면(상면)이 격벽판(14)의 하면에 대향하도록 배치되어 있다.
기판 유지기구(17)의 전위는 진공용기(12)와 동일한 전위인 접지전위(41)에 유지된다. 더욱이 기판 유지기구(17)의 내부에는 히터(18)가 설치되어 있다. 이 히터(18)에 의해 유리기판(11)의 온도는 소정의 온도로 유지된다.
진공용기(12)의 구조를 설명한다. 진공용기(12)는 그 조립성을 양호하게 하는 관점에서, 플라즈마 생성공간(15)을 형성하는 상부용기(12a)와, 성막처리공간(16)을 형성하는 하부용기(12b)로 구성된다. 상부용기(12a)와 하부용기(12b)를 조합하여 진공용기(12)를 만들 때, 양자 사이의 위치에 격벽판(14)가 설치된다. 격벽판(14)은, 그 둘레 가장자리부를 하면으로 꽉 누르고 있는 도전재 고정부(22)의 둘레 가장자리 상면이, 후술하는 바와 같이 전극(20)을 설치할 때에 상부용기(12a)와의 사이에 개설되는 절연부재(21a, 21b)중 하측의 절연부재(21b)에 접촉하도록 하여 부착된다. 이것에 의해, 격벽판(14)의 상측과 하측에, 격리된 플라즈마 생성공간(15)과 성막처리공간(16)이 형성된다. 격벽판(14)과 상부용기(12a)에 의해 플라즈마 생성공간(15)이 형성된다.
도 1은 본 발명의 실리콘 산화막 제조방법에 사용되는 RS-CVD장치의 제 1의 실시형태를 도시하는 것이다. 이 RS-CVD장치에서는, 플라즈마 생성공간(15)에서플라즈마(19)가 생성되어 있는 영역은, 격벽판(14)과 상부용기(12a) 및 이들의 대략 중앙위치에 배치되는 판형상의 전극(고주파전극)(20)으로 형성되어 있다. 전극(20)에는 복수의 구멍(20a)이 형성되어 있다. 격벽판(14)과 전극(20)은, 상부용기(12a)의 측부내면을 따라서 설치된 2개의 절연부재(21a, 21b)에 의해 지지되고, 고정된다. 상부용기(12a)의 천장부에는 전극(20)에 접속된 전력도입봉(29)이 설치되어 있다. 전력도입봉(29)에 의해 전극(20)에 방전용 고주파전력이 급전된다. 전극(20)은 고주파전극으로서 기능한다. 전력도입봉(29)은, 절연물(31)로 피복되어 있어, 다른 금속부분과의 절연이 도모되어 있다.
격벽판(14)은 도전재 고정부(22)를 통해서 접지전위(41)로 되어 있다.
절연부재(21a)에는, 외부로부터 플라즈마 생성공간(15)으로 산소가스를 도입하는 산소가스 도입파이프(23a)와, 불화가스 등의 클리닝가스를 도입하는 클리닝가스 도입파이프(23b)가 설치되어 있다.
진공용기(12)의 내부는, 격벽판(14)에 의해 플라즈마 생성공간(15)과 성막처리공간(16)으로 격리된다. 격벽판(14)에는 성막처리공간(16)에 도입된 재료가스가 플라즈마 생성공간(15)측에 역확산하는 것을 막는 크기(길이 및 직경 등)·구조의 복수의 관통구멍(25)이, 내부공간(24)이 준비되어 있지 않은 개소를 관통하는 상태로 균등하게 형성되어 있다. 플라즈마 생성공간(15)과 성막처리공간(16)은 이들의 관통구멍(25)을 통해서만 연결되어 있다.
즉, 이 관통구멍(25)에 적용되고 있는 크기·구조는, 상기의 이전의 특허출원인 일본 특개 2000-345349호에서 제안하고 있는 uL/D〉1의 조건을 충족시키는 것이다.
여기에서, u는 관통구멍(25)내에서의 가스유속, 즉, 플라즈마 생성공간(15)에 도입되어, 라디칼을 생성하여 성막에 기여하는 가스, 예를 들면, 산소가스의 관통구멍(25)에서의 유속을 나타내는 것이다. 또, L은 도 3에 도시하는 바와 같이, 실질적인 관통구멍(25)의 길이를 나타내는 것이다. 더욱이, D는 상호 가스확산계수, 즉 2종의 가스(재료가스, 예를 들면, 라디칼 가스와, 플라즈마 생성공간(15)에 도입되어, 라디칼을 생성하여 성막에 기여하는 주된 가스, 예를 들면, 산소가스)의 상호 가스확산계수를 나타내는 것이다.
이하, 재료가스가 플라즈마 생성공간(15)에 역확산하지 않는 메커니즘을 설명한다.
상술한 CVD장치(RS-CVD장치)를 사용하여 박막이 형성될 때에는, 도시하지 않는 반송로봇에 의해 유리기판(11)이 진공용기(12)의 내부에 반입되고, 기판유지기구(17) 상에 배치된다. 진공용기(12)의 내부는, 배기기구(13)에 의해 배기되고, 감압되어 소정의 진공상태로 유지된다. 다음에, 산소가스 도입파이프(23a)를 통하여 산소가스가 진공용기(12)의 플라즈마 생성공간(15)에 도입된다. 이 때 산소가스의 유량은 외부의 매스 플로 콘트롤러(도시하지 않음)로 제어된다.
한편, 재료가스, 예를 들면, 실란이 재료가스 도입파이프(28)를 통해서 격벽판(14)의 내부공간(24)내에 도입되고, 확산구멍(26)을 통해서 성막처리공간(16)내에 도입되어 간다.
이하의 식 (1), (2)를 사용하여, 산소가스의 질량유량(QO2)과 압력(PO2), 및 온도(T)로부터 산소의 유속(u)을 구할 수 있다.
QO2=ρO2uA …(1)
PO2=ρO2RT/M …(2)
여기에서ρO2:산소가스의 밀도
M: 산소분자량
R: 보편 가스정수
T: 절대온도로 표시한 격벽판(14)의 온도
A: 격벽판(14)에 형성된 관통구멍(25)의 총단면적
u: 관통구멍(25)을 흐르는 산소가스의 유속
uL/D〉1의 관계는 다음과 같이 도출된다.
예를 들면, 관통구멍(25)을 이동하는 산소와 실란과의 관계에 관하여, 실란가스밀도(ρSiH4)와, 확산계수(uSiH4)와, 상호 가스확산계수(DSiH4-O2)를 사용하여 하기의 식 (3)이 성립한다.
ρSiH4uSiH4= -DSiH4-O2gradρSiH4…(3)
여기에서, 관통구멍(25)의 특징적 길이(직경이 최소인 부분에서의 관통구멍(25)의 길이)를 L로 하면, 식 (3)이 식 (4)에 근사할 수 있다.
ρSiH4uSiH4= -DSiH4-O2ρSiH4/L…(4)
식 (4)의 양변을 비교한 결과, 실란의 확산유속(uSiH4)이 -DSiH4-O2/L로 표시된다. 따라서, 상기 식 (1)과 (2)로부터 얻어지는 산소유속을 u로 하고, 실란의 확산유속(uSiH4)을 -DSiH4-O2/L로 한 경우에, 이들 2개의 유속의 절대값의 비, 즉, ｜-u/(-DSiH4-O2/L)｜=uL/-DSiH4-O2의 값은, 산소물질 이동속도와 실란의 확산속도의 비이고, 이 비 uL/-DSiH4-O2의 값을 1 이상으로 하는 것은, 실란의 확산속도에 비해 산소의 이동속도가 큰 것을 의미한다. 즉, uL/-DSiH4-O2의 값을 1 이상으로 하는 것은, 실란의 확산영향이 적은 것을 의미하고 있다.
다음에 구체적인 예를 설명한다. 격벽부(14)의 온도를 300℃, 격벽부(14)에 형성된 관통구멍(25)의 직경을 0.5mm, 직경 0.5mm의 부분의 길이(L)를 3mm, 관통구멍(25)의 총수를 500개, 산소가스의 유량을 500sccm(=표준상태에서 500cm3/min), 성막처리공간(16)의 압력을 100Pa로 하면, 상기 식의 값은 11로 된다. 이와 같은 경우에는, 실란가스의 확산에 비해 흐름의 영향이 충분히 크기 때문에, 플라즈마 생성공간(15)에 실란가스가 확산하는 것은 적어진다.
도 3은 격벽판(14)의 단면방향에서 본 내부구조의 개략확대도이다.
격벽판(14)내에 형성되어 있는 내부공간(24)은, 격벽판(14)에 외부로부터 도입된 재료가스를 분산시켜서 균일하게 성막처리공간(16)에 공급하기 위한 공간이다. 더욱이 격벽판(14)의 하부판(27c)에는 재료가스를 성막처리공간(16)에 공급하는 복수의 확산구멍(26)이 형성되어 있다.
내부공간(24)에는, 재료가스를 외부로부터 도입하기 위한 재료가스 도입파이프(28)가 접속되어 있다(도 1, 도 2). 재료가스 도입파이프(28)는 측방으로부터 접속되도록 배치되어 있다.
또 내부공간(24)중에는, 재료가스가 확산구멍(26)으로부터 균일하게 공급되도록, 복수의 구멍을 갖도록 구멍이 뚫린 균일판(27b)에 의해 상하 2개의 공간부분으로 나누어져 있다.
따라서, 재료가스 도입파이프(28)로 격벽판(14)의 내부공간(24) 도입되는 재료가스는, 상측의 공간에 도입되어, 균일판(27b)의 구멍을 통과하여 하측의 공간에 이르고, 더욱이, 확산구멍(26)을 통과하여 성막처리공간(16)으로 확산되는 것이 된다.
이상의 구조에 근거하여 성막처리공간(16)의 전체에 걸쳐서 재료가스를 균일하게 공급할 수 있지만, 격벽판(14)의 내부구조는, 성막처리공간(16)의 전체에 걸쳐서 재료가스를 균일하게 공급할 수 있는 구조이면, 상술한 구조로 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 실리콘 산화막 제조방법에 사용되는 RS-CVD방치의 제 2의 실시형태를 나타내는 것이다. 도 2도시의 실시형태의 특징적 구성은, 상부용기(12a)의 천장부의 내측에 절연부재(21a)를 설치하고, 또한 그 하측에 전극(20)을 배치하도록 한 점에 있다. 전극(20)에는 도 1도시의 제 1의 실시형태의 경우와 같은 구멍(20a)은 형성되지 않고, 1장의 판형상의 형태를 갖는다. 전극(20)과 격벽판(14)에 의해 평행평판형 전극구조에 의한 플라즈마 생성공간(15)을 생성한다. 그 밖의 구성은 제 1실시형태의 구성과 실질적으로 동일하다. 그래서, 도 2에서, 도 1에서 설명한 요소와 실질적으로 동일한 각 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 여기에서 상세한 설명을 반복하는 것은 생략한다. 더욱이, 제 2 실시형태에 의한 RS-CVD장치에 의한 작용, 효과도 상술의 제 1실시형태와 동일하다.
상기와 같이 구성된 RS-CVD장치를 사용한 본 발명의 실리콘 산화막 제조방법을 이하에 설명한다.
도시하지 않은 반송로봇에 의해 유리기판(11)이 진공용기(12)의 내부에 반입되고, 기판 유지기구(17)상에 배치된다. 진공용기(12)의 내부는, 배기기구(13)에 의해 배기되고, 감압되어 소정의 진공상태로 유지된다.
다음에, 산소가스 도입파이프(23a)를 통해서, N2O가스 또는, N2가스가 첨가된 산소가스가 진공용기(12)의 플라즈마 생성공간(15)에 도입된다. 이 N2O가스 또는, N2가스의 산소가스에 대한 첨가량은, 도시하지 않은 유량제어장치에 의해 조정되고 있다.
한편, 재료가스인, 예를 들면, 실란이 재료가스 도입파이프(28)를 통해서 격벽판(14)의 내부공간(24)에 도입된다. 실란은, 최초에 내부공간(24)의 상측부분에 도입되고, 균일판(27b)을 통해서 균일화되어서 하측부분으로 이동하고, 다음에 확산구멍(26)을 통과하여 성막처리공간(16)에 직접으로, 즉 플라즈마에 접촉하는 일 없이 도입된다. 성막처리공간(16)에 설치된 기판 유지기구(17)는, 히터(18)에 통전이 행해지고 있기 때문에, 미리 소정 온도에 유지되어 있다.
상기의 상태에서, 전극(20)에 대하여 전력도입봉(29)를 통해서 고주파전력이 공급된다. 이 고주파전력에 의해 방전이 생기고, 플라즈마 생성공간(15)내에서 전극(20)의 주위에 산소 플라즈마(19)가 생성된다. 산소 플라즈마(19)를 생성함으로써, 중성의 여기물질인 라디칼(여기 활성물질)이 생성되고, 이것이 관통구멍(25)을 통과하여 성막처리공간(16)에 도입되고, 그 반면, 재료가스가 격벽판(14)의 내부공간(24), 확산구멍(26)을 통과하여 성막처리공간(16)에 도입된다. 그 결과, 성막처리공간(16)내에서 해당 라디칼과 재료가스가 처음 접촉하여, 화학반응을 일으키고, 유리기판(11)의 표면상에 실리콘 산화물이 퇴적하고, 박막이 형성된다.
도 6에 상술한 본 발명의 실리콘 산화막 제조방법에서, 플라즈마 생성공간에 산소가스와 함께 혼입되는 아산화질소(N2O)가스 및 질소(N2)가스의 산소가스에 대한 농도(%)와 원자상태 산소로부터의 발광강도의 관계를 도시한다.
도 6으로부터, 원자상태 산소로부터의 발광강도는, 아산화질소, 질소가스와 함께 동일한 경향을 나타내고, 첨가되는 아산화질소(N2O)가스 또는 질소(N2)가스의 유량이, 산소가스에 대해 20% 이하일 때, 그것보다 첨가량이 많은 경우에 비해 커지는 것을 알았다. 그리고, 첨가되는 아산화질소(N2O)가스 또는 질소(N2)가스의 유량이 산소가스에 대해 5~7% 정도일 때, 최대의 발광강도를 나타내는(아산화질소 또는 질소를 첨가하지 않은 경우와 비교하여 2배 가까이 증가하고 있음) 것을 알았다.
즉, 아산화질소가스 또는 질소가스를 산소가스에 대해 20% 이하 첨가함으로써 원자상태 산소의 생성량이 증가하고, 아산화질소가스 또는 질소가스의 첨가량이 산소가스에 대해 5~7%인 경우에는, 원자상태 산소의 생성량이, 최대 2배 가까이 증가하는 것을 나타내고 있다.
따라서, 개개의 성막장치(RS-CVD)에 의해 상이한 플라즈마 생성공간에 인가되는 고주파전력이나 도입되는 산소유량을 최적화한 상태에서, 본 발명에 관계되는 상기 비율로 아산화질소가스 또는 질소가스를 미량으로 첨가시킴으로써 종래의 이들의 가스를 첨가하지 않은 경우의 원자상태 산소량을 초과하여, 원자상태 산소량을 2배 가까이 더욱 증가시킬 수 있다.
도 7에, 유효 전하밀도(Neff)와 아산화질소(N2O)가스의 첨가량 의존성을 나타낸다. 여기에서, 유효 전하밀도(Neff)는, 실리콘 산화막의 막질의 평가에 사용되는 1개의 지표이고, 디바이스에 편입되었을 때의 전기특성에 영향을 부여하는 인자이다. 통상, 유효 전하밀도(Neff)의 값이 작을 수록, 실리콘 산화막은 양호하다고 하고 있다.
아산화질소에서의 도 6과 도 7의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이 유효 전하밀도(Neff)는, 아산화질소가스의 첨가량이 산소가스에 대해 20% 이하로 되면 더욱 작아지는 경향이 강해지고, 원자상태로부터의 발광강도가 최대값을 나타내는 영역, 즉, 아산화질소가스 또는 질소가스의 첨가량 5~7%에서 최저값을 나타냈다.
이 사실은, 플라즈마 생성공간에 도입되는 산소가스에 대해, 아산화질소가스 또는 질소가스를 20% 이하의 비율로, 바람직하게는, 5~7%의 비율로 첨가하면 원자상태 산소량이 증가하고, 아산화 질소가스 또는 질소가스가 무첨가인 것에 비교하여 실리콘 산화막의 막질이 향상한 것을 나타내고 있다.
예를 들면, 상기의 실시형태에서는, 산소원자를 포함하는 가스로서 O2가스를 사용하고, 이것에 첨가하는 질소원자를 포함하는 가스로서 N2O가스 또는 N2가스를 사용하는 경우를 설명했지만, 산소원자를 포함하는 가스로서는 O3가스, 등을 사용할 수도 있고, 또, 질소원자를 포함하는 가스로서는 NO가스, 또는 NO2가스, 등을 사용할 수도 있다.
또한, 상기의 실시형태에서는, 산소원자를 포함하는 가스로서 O2가스를 사용하고, 이것에 첨가하는 질소원자를 포함하는 가스로서 N2O가스 또는 N2가스를 사용하는 경우를 설명했지만, 산소원자를 포함하는 가스로서는 O3가스, 등을 사용할 수도 있고, 또 질소원자를 포함하는 가스로서는 NO가스, 또는 NO2가스, 등을 사용할 수도 있다.
이상, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명했지만, 본 발명은 이러한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구범위의 기재로부터 파악되는 기술적 범위에서 여러 형태로 변경할 수 있다.
본 발명의 실리콘 산화막 제조방법에 의하면, RS-CVD장치를 사용하여 실리콘산화막(SiO2)을 제조할 때에, 원자상태 산소의 발생효율을 높여서 실리콘 산화막의 막질을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 진공용기내에서 발생시킨 플라즈마에 의해 생성된 생성물질과 재료가스로 기판에 실리콘 산화막을 성막하는 실리콘 산화막 제조방법으로서,
    진공용기 내부를 2실로 격리하는 도전성 격벽판이 진공용기내에 설치되어 있고, 격리된 상기 2실중, 한쪽 실의 내부는 고주파 전극이 배치된 플라즈마 생성공간으로 하고, 다른 실의 내부는 기판을 탑재하는 기판 유지기구가 배치된 성막처리공간으로 하여 각각 형성되어 있고, 상기 도전성 격벽판은, 상기 플라즈마 생성공간과 상기 성막처리공간을 통하게 하는 복수의 관통구멍을 가지고 있는 동시에, 상기 플라즈마 생성공간으로부터 격리되고 또한 상기 성막처리공간과 복수의 확산구멍을 통해서 통해 있는 내부공간을 가지고, 상기 도전성 격벽판의 내부공간에 외부로부터 공급된 재료가스가 상기 복수의 확산구멍을 통해서 성막처리공간에 도입됨과 함께,
    상기 고주파 전극에 고주파전력을 부여하여 발생시킨 플라즈마 방전에 의해 생성된 생성물질이, 플라즈마 생성공간으로부터 상기 도전성 격벽판의 복수의 관통구멍을 통해서 성막처리 공간에 도입되는 CVD장치를 사용하고,
    실리콘 산화막 제조시에, 상기 고주파전극에 고주파전력을 부여하여 플라즈마 방전을 발생시키는 플라즈마 생성공간에, 산소원자를 포함하는 가스와 질소원자를 포함하는 가스가 도입되어 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 플라즈마 생성공간에 산소원자를 포함하는 가스와 함께 도입되는 질소원자를 포함하는 가스는, 산소원자를 포함하는 가스에 대해 20% 이하의 농도로 혼입되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 플라즈마 생성공간에 산소원자를 포함하는 가스와 함께 도입되는 질소원자를 포함하는 가스는, 산소원자를 포함하는 가스에 대해 5~7%의 농도로 혼입되는 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 산소원자를 포함하는 가스는 O2가스나 O3가스이고, 질소원자를 포함하는 가스는 N2, NO, N2O, NO2중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마 방전을 발생시킴으로써 플라즈마 생성공간에서 생성되는 생성물질이 라디칼인 것을 특징으로 하는 실리콘 산화막 제조방법.
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