KR20090092257A - Ｃｖｄ 방법 - Google Patents

Abstract

복수의 관통구멍을 가지는 도전성 격벽부에 의하여 CVD 장치의 진공용기 내부가 플라스마 생성공간과 성막처리공간으로 격리되고, 플라스마 생성공간에서 생성된 여기활성종이 격벽부의 관통구멍을 통해서만 성막처리공간에 도입되는 동시에, 격벽부에 외부로부터 공급된 재료가스가 플라스마 생성공간으로부터 격리되고 또한 성막처리공간과 복수의 확산구멍을 통하여 연결되어 있는 격벽부의 내부공간 및 상기 확산구멍을 통하여 성막처리공간에 도입되고, 이와 같이 성막처리공간에 도입된 여기활성종과 재료가스로 기판에 성막을 행하는 CVD 방법에 있어서, 양호한 특성을 가진 주로 게이트용 산화막의 양산에 적합한 CVD 방법을 제공한다.

기판으로의 성막을 행하는 제 1 공정과, 재료가스의 도입을 차단하여 제 1 공정에서 성막된 박막에 여기활성종만을 조사하여 산화반응을 촉진시키는 제 2 공정을 마련함으로써 과제를 해결하였다.

Description

ＣＶＤ 방법{CHEMICAL VAPOR DEPOSITION METHOD}

본 발명은 화학증착(Chemical Vapor Deposition)(본 명세서에 있어서 「CVD」라고 나타냄) 방법에 관한 것이고, 특히 양호한 특성을 가진 주로 게이트용 산화막의 양산에 적합한 CVD 방법에 관한 것이다.

액정 디스플레이의 제작방법으로서, 종래 고온 폴리실리콘형 TFT(박막트랜지스터)를 이용하는 것과, 저온 폴리실리콘형 TFT를 이용하는 것이 알려져 있다. 고온 폴리실리콘형 TFT를 이용하는 제작방법으로는, 고품질의 산화막을 얻기 위해서 1000℃ 이상의 고온에 견디는 석영기판이 사용되고 있었다. 이에 대해 저온 폴리실리콘형 TFT의 제작에 있어서는, 통상의 TFT용 유리기판을 사용하기 때문에, 저온환경(예컨대 400℃)에서 성막을 행할 필요가 있다. 저온 폴리실리콘형 TFT를 이용하여 액정 디스플레이를 제작하는 방법은, 특별한 기판을 사용할 필요가 없기 때문에 제조코스트가 낮다는 이점을 가지며 근년에 실용화되어, 그 생산량은 확대되고 있다.

저온 폴리실리콘형 TFT를 이용하는 액정 디스플레이의 제작에서, 저온으로 게이트절연막으로서 적당한 실리콘산화막을 성막하는 경우, 플라스마 CVD가 사용된다.

이 플라스마 CVD로 실리콘산화막을 성막할 때에 대표적인 재료가스로서는, 실란, 테트라에톡시실란(TEOS) 등이 사용된다. 재료가스는 통상 He(헬륨) 등의 캐리어가스를 첨가한 상태로 사용된다(이하, 본 명세서에 있어서 간단히 「재료가스」라고 나타냄).

재료가스로서 실란 등을 사용하여 플라즈마에 의한 CVD로 실리콘산화막을 성막하는 경우, 종래의 플라스마 CVD 장치에 의하면, 기판의 앞면공간에 재료가스와 산소 등을 도입하여, 재료가스와 산소의 혼합가스로 플라스마를 생성하여, 이 플라스마에 대하여 기판을 노출시킴으로서 이 기판의 표면상에 실리콘산화막을 형성하도록 하고 있었다. 이와 같이 종래의 플라스마 CVD 장치에서는 재료가스는 플라스마 CVD 장치내에 생성된 플라스마중에 직접적으로 공급하도록 구성되어 있었다. 이 때문에, 종래의 플라스마 CVD 장치의 구성에 의하면, 기판의 앞면공간에 존재하는 플라스마에서 기판의 성막면에 대하여 고에너지의 이온이 입사하여, 실리콘산화막에 손상을 주어서 막특성이 악화한다는 문제가 존재하였다. 더우기 플라스마중에 재료가스가 직접적으로 도입하기 위해서, 재료가스와 플라스마가 심하게 반응하여 파티클이 발생하여, 이것에 의하여 비율이 저하한다는 문제도 있었다.

그래서, 상기 문제를 해결하기 위해서, 앞서의 일본에서의 특허출원(일본국 특허출원 공개공보 특개 2000-345349호)(이하, 「특개 2000-345349호」로 나타냄)에 의해, 종래부터 있는 원격 플라스마 방식의 CVD 장치의 개선이 시도되어 새로운 CVD 장치가 제안되어 있다.

이 특개 2000-345349호에서 제안된 CVD 장치는, 진공용기내에서 플라스마를 생성하여 중성의 여기종인 라디칼, 즉 여기활성종을 발생시켜 이 여기활성종과 재료가스로 기판에 성막처리를 행하는 장치이다. 진공용기에는 그 내부를 2실로 격리하는 도전성의 격벽부가 설치되어 있으며, 이들의 2실중 한쪽의 실의 내부는 고주파전극이 배치된 플라스마 생성공간으로서 형성되고, 다른쪽의 실의 내부는 기판을 탑재하는 기판유지기구가 배치된 성막처리공간으로서 형성되어 있다. 이 도전성 격벽부는, 플라스마 생성공간와 성막처리공간을 통하게 하는 복수의 관통구멍을 가짐과 동시에, 플라스마 생성공간과 격리되고, 또한 성막처리공간과 복수의 확산구멍을 통해 통하는 내부공간을 가지고 있다.

이 일본국 특개 2000-345349호에서 제안되어 있는 CVD 장치에 의한 CVD 방법은 도전성 격벽부의 내부공간에 외부에서 공급된 재료가스가 복수의 확산구멍을 통하여서만 상기 성막처리공간으로 도입됨과 동시에, 플라스마 생성공간에서 생성된 여기활성종이 도전성 격벽부에 형성된 복수의 관통구멍을 통하여서만 성막처리공간에 도입되어 상기 성막처리공간에 있어서, 도입된 상기 여기활성종과 상기 재료가스로서 기판으로의 성막이 행하여지는 것이다.

여기서 일본국 특개 2000-345349호에서 제안되어 있는 CVD 장치에 있어서는 상기의 관통구멍 및 확산구멍의 크기(길이 및 지름 등)·구조가 관통구멍에 관해서는 성막처리공간에 도입된 재료가스가 플라스마 생성공간에서 역확산하지 않도록 크기(길이 및 지름 등)·구조에 확산구멍에 관해서는 성막처리공간에 도입된 여기활성종이 도전성 격벽부의 내부공간에 역확산하지 않도록 크기(길이 및 지름 등)·구조로 되어 있다. 즉, 관통구멍내에서의 가스유속을 u, 실질적인 관통구멍의 길이를 L(도 3에 도시. 또한 이 경우, L은 관통구멍의 직경이 최소의 부분에 있어서의 관통구멍의 길이다), 상호가스확산계수(재료가스와 프로세스가스라고 하는 2종의 가스, 예컨대 실란가스와 산소가스와의 상호가스확산계수)를 D로 할 때, uL／D＞1의 조건을 만족시키는 것이다. 확산구멍에도 관통구멍에 적용되어 있는 상기 조건이 적용되어 있다.

이 일본국 특개 2000-345349호에서 제안이 된 CVD 장치에 의하여, 유리기판상에 성막된 실리콘 산화막의 막특성의 악화를 방지하여, 제품의 생산성의 개선을 도모할 수가 있었다.

그런데, 일반으로, 진공용기내에서 플라스마를 생성하여 여기활성종을 발생시키고, 이 여기활성종과 재료가스로서 기판에 성막된 실리콘 산화막은 박막중 또는 얇은막의 하부계면에 OH, 수소원자, 또는 과잉의 규소 등을 함유하고 있다. 그리고, 이것은 실리콘산화막의 절연막으로서 채워지지 않으면 안되는 특성을 열화시켜 버리는 것이다. 이 특성의 열화로서는, 리크전류의 증대, 용량-전압곡선에 있어서의 히스테리시스 등이 있다.

본 발명의 목적은, 저온 폴리실리콘형 TFT를 이용한 대형 액정디스플레이의 제작 등으로, 플라스마를 이용하는 CVD에 의거, 실란 등의 재료가스를 사용하여 실리콘산화막 등을 대면적기판에 성막하는 경우에 있어서, 재료가스의 플라스마 생성영역으로의 역확산 등을 방지한 일본국 특개 2000-345349호에서 새로운 제안을 한 상술된 CVD 장치에 대하여 막질을 더 향상시킬 수 있는 CVD 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명에 관한 CVD 방법은, 상기 목적을 달성하기 위한 다음의 방법을 취한다.

즉, 본 발명에 관한 CVD 방법은 진공용기내에서 플라스마를 생성하여 여기활성종을 발생시켜서, 이 여기활성종과 재료가스로서 기판에 성막을 행하는 CVD 방법이다. 이 방법이 사용되는 CVD 장치는 다음과 같은 구성으로 되어 있다. 즉 CVD 장치의 진공용기 내부가 도전성 격막부에 의하여 2실로 격리되어 있으며, 이 격리된 2실중, 한쪽의 실의 내부는 고주파전극이 배치된 플라스마 생성공간으로서, 다른쪽의 실의 내부는 기판을 탑재하는 기판유지기구가 배치된 성막처리공간으로서 각각 형성되어 있다. 그리고, 상기 도전성 격벽부가 상기 플라스마 생성공간과 상기 성막처리공간을 통하게 하는 복수의 관통구멍을 가지고 있음과 동시에, 상기 플라스마 생성공간으로부터 격리되고 또한 상기 성막처리공간과 복수의 확산구멍을 통하여 통하고 있는 내부공간을 가지고 있도록 구성되어 있는 CVD 장치이다.

이 CVD 장치에 의한 CVD 방법은, 상기 도전성 격벽부의 내부공간에 외부에서 공급된 재료가스를 상기 복수의 확산구멍을 통하여 상기 성막처리공간에 도입시킴과 동시에, 상기 고주파전극에 고주파전력을 주어서 상기 플라스마 생성공간에서 플라스마 방전을 발생시키므로서 상기 플라스마 생성공간에서 생성된 여기활성종을 상기 도전성 격벽부의 복수의 관통구멍을 통하여 상기 성막처리공간에 도입시켜, 상기 성막처리공간에 있어서, 도입된 상기 여기활성종과 상기 재료가스로서 기판으로의 성막을 행하는 것이다.

본 발명이 제안하는 CVD 방법은, 일본국 특개 2000-345349호에서 새로이 제안된 상기 구성의 CVD 장치에 의한 상기의 화학증착방법에 있어서, 상기 성막처리공간에 도입된 상기 여기활성종과 상기 재료가스로 기판으로의 성막을 행하는 제 1 공정과, 상기 도전성 격벽부의 내부공간에 외부로부터 공급되는 재료가스의 유량이 0으로 되어, 도전성 격벽부의 복수의 관통구멍을 통하여 성막처리공간으로 도입되는 여기활성종의 조사가, 상기 제 1 공정에서 성막된 얇은막에 대하여 행하여지는 제 2 공정에서 기판의 성막이 행하여지는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명이 제안하는 CVD 방법이 적용되는 상기 구성의 CVD 장치는 일본국 특개 2000-345349호에서 새로이 제안된 것으로서, 산소가스를 이용하여 플라스마를 생성하고, 실란 등의 재료가스를 사용하여 기판의 표면에 얇은막을 퇴적하는 구성에 있어서, 처리실인 진공용기의 내부공간을 도전성 격벽부로 격리하므로서, 플라스마를 생성하는 플라스마 생성공간과 성막처리공간으로 분리하여, 성막처리공간에 배치된 기판의 처리표면이 플라스마에 노출되지 않는 구성이 채용되어 있다. 또 도전성 격벽부에 의하여 격리되어 있음으로 성막처리공간에 도입된 재료가스가 플라스마 생성공간측으로 이동하는 것이 충분히 제한된다. 즉, 도전성 격벽부에는 복수의 관통구멍이 형성되어, 도전성 격벽부의 양측의 플라스마 생성공간과 성막처리공간은 관통구멍을 통하여서만 이어져 있으나, 이 관통구멍에 관해서는 성막처리공간에 도입된 재료가스가 플라스마 생성공간측으로 역확산하는 것을 방지하는 크기·구조가 채용되어 있다.

이 일본국 특개 2000-345349호에서 제안된 CVD 장치에 특징적인 상기의 구조는 플라스마 생성공간과 성막처리공간을 사이에 두는 도전성 격벽부의 내부공간으로의 재료가스의 도입을 차단함으로서 플라스마 생성공간에 생성된 산소 플라스마에 의하여 생성된 전기적으로 중성인 여기활성종(라디칼)만을 선택적으로 성막처리공간에 배치되어 있는 유리기판에 조사시키는 것을 가능하게 하고 그리고 용이하게 이것을 실현하는데에 적합하다.

그래서 일본국 특개 2000-345349호에서 제안된 CVD 장치에 특징적인 상기의 구조를 충분히 살리면서, 박막중 또는 얇은막의 하부계면에 존재하는 OH, 수소원자 또는 과잉의 규소 등을 제거하려고 하는 것이다. 박막중 또는 얇은막의 하부계면에 존재하는 극히 근소한 양의 OH, 수소원자, 과잉의 규소 등은 실리콘 산화막이 절연막으로서 사용될 때에 필요로 하게 되는 것이나 이것들이 박막중 또는 얇은막의 하부계면에 존재하면, 실리콘 산화막의 특성이 열화한다고 생각되어 있다.

본 발명에 의하면 성막처리공간에 도입된 여기활성종과 재료가스에 의해 기판상에 성막이 행하여진 얇은막에 대하여 계속하여 여기활성종을 조사시키는 것으로 플라스마에서 산화규소 얇은막으로의 고에너지의 이온의 충격의 위험성을 회피하면서, 산화반응을 충분하게 촉진시킬 수가 있다. 이와 같이 상술한 제 1 공정과 제 2 공정에서 기판의 성막을 완료하는 본 발명의 CVD 방법에 의해 상기 과제는 해결이 되는 것이다.

이상의 설명에서 명백한 바와 같이, 대면적 기판에 플라스마 CVD에 의해 실란 등의 재료가스를 사용하여 실리콘 산화막 등을 성막하는 CVD 방법, 예컨대, 복수의 관통구멍을 갖는 도전성 격벽부에 의하여 CVD 장치의 진공용기 내부가 플라스마 생성공간과 성막처리공간으로 격리되어, 플라스마 생성공간에서 생성된 여기활성종이 격벽부의 관통구멍을 통하여서만 성막처리공간에 도입됨과 동시에, 격벽부에 외부에서 공급된 재료가스가, 플라스마 생성공간으로부터 격리되고 또한 성막처리공간과 복수의 확산구멍을 통하여 통하고 있는 격벽부의 내부공간 및 상기 확산구멍을 통하여 성막처리공간에 도입되고, 이와 같이 성막처리공간에 도입된 여기활성종과 재료가스로, 기판에 성막을 행하는 CVD 방법에 있어서, 기판으로의 성막을 행하는 제 1 공정과, 제 1 공정에서 성막된 박막에 여기활성종을 조사하여 산화반응을 촉진시키는 제 2 공정을 설치하는 것에 의해서 양호한 특성을 가진 얇은막을 양산할 수가 있다.

예컨대, 상기 제 1 공정과 제 2 공정으로부터 이루어진 본 발명의 CVD 방법을 사용하여 제조한 게이트용 산화막에 있어서는, 용량-전압곡선에 있어서의 최대 히스테리시스량(전압을 승압할 때의 용량-전압곡선과, 전압을 하강할 때의 용량-전압곡선의 시프트 전압량의 최대치)가, 본 발명에 있어서의 제 2 공정, 즉 여기활성종을 조사하는 공정을 행하지 않는 경우의 1.2V에서 0.3V으로 개선되어 있었다.

또, 특히, 본 발명에 관한 CVD 방법이 적용되는 CVD 장치는, 상술한 바와 같이, 플라스마 생성공간에서 생성된 전기적으로 중성인 여기활성종을 선택적으로 성막처리공간으로 수송할 수가 있기 때문에, 성막진행중(제 1 공정)의 실리콘 산화막은 고에너지 입자를 함유한 플라스마에 노출되지 않는다는 특징이 있다. 그리고 격벽부라는 유리기판에 대향한 공간에만 재료가스가 도입되는 구조를 채용하여 재료가스의 도입/차단의 전환이 용이하며 진공용기내의 가스상태를 제어하기 쉽기 때문에, 제 2 공정에 있어서 여기활성종 조사공정도 효과적으로 행할 수 있다는 특징이 있다. 즉, 본 발명의 CVD 방법은 이것이 적용되는 CVD 장치의 특징을 최대한으로 활용할 수 있는 것이다.

이상 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명하였으나, 본 발명은 이들의 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 이하의 특허청구의 범위의 기재에서 이해되는 기술적 범위에 있어서 여러가지의 형태로 변경이 가능하다.

이상의 설명에서 명백한 바와 같이, 대면적 기판에 플라스마 CVD에 의해 실란 등의 재료가스를 사용하여 실리콘 산화막 등을 성막하는 CVD 방법, 예컨대, 복수의 관통구멍을 갖는 도전성 격벽부에 의하여 CVD 장치의 진공용기 내부가 플라스마 생성공간과 성막처리공간으로 격리되어, 플라스마 생성공간에서 생성된 여기활성종이 격벽부의 관통구멍을 통하여서만 성막처리공간에 도입됨과 동시에, 격벽부에 외부에서 공급된 재료가스가, 플라스마 생성공간으로부터 격리되고 또한 성막처리공간과 복수의 확산구멍을 통하여 통하고 있는 격벽부의 내부공간 및 상기 확산구멍을 통하여 성막처리공간에 도입되고, 이와 같이 성막처리공간에 도입된 여기활성종과 재료가스로, 기판에 성막을 행하는 CVD 방법에 있어서, 기판으로의 성막을 행하는 제 1 공정과, 제 1 공정에서 성막된 박막에 여기활성종을 조사하여 산화반응을 촉진시키는 제 2 공정을 설치하는 것에 의해서 양호한 특성을 가진 얇은막을 양산할 수가 있다.

예컨대, 상기 제 1 공정과 제 2 공정으로 이루어진 본 발명의 CVD 방법을 사용하여 제조한 게이트용 산화막에 있어서는, 용량-전압곡선에 있어서의 최대 히스테리시스량(전압을 승압할 때의 용량-전압곡선과, 전압을 하강할 때의 용량-전압곡선의 시프트 전압량의 최대치)가, 본 발명에 있어서의 제 2 공정, 즉 여기활성종을 조사하는 공정을 행하지 않는 경우의 1.2V에서 0.3V으로 개선되어 있었다.

또, 특히, 본 발명에 관한 CVD 방법이 적용되는 CVD 장치는, 상술한 바와 같이, 플라스마 생성공간에서 생성된 전기적으로 중성인 여기활성종을 선택적으로 성막처리공간으로 수송할 수가 있기 때문에, 성막진행중(제 1 공정)의 실리콘 산화막은 고에너지 입자를 함유한 플라스마에 노출되지 않는다는 특징이 있다. 그리고 격벽부라는 유리기판에 대향한 공간에만 재료가스가 도입되는 구조를 채용하여 재료가스의 도입/차단의 전환이 용이하며 진공용기내의 가스상태를 제어하기 쉽기 때문에, 제 2 공정에 있어서 여기활성종 조사공정도 효과적으로 행할 수 있다는 특징이 있다. 즉, 본 발명의 CVD 방법은 이것이 적용되는 CVD 장치의 특징을 최대한으로 활용할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 CVD 방법이 적용되는 CVD 장치의 제 1 실시형태를 도시하는 종단면도,

도 2는 본 발명의 CVD 방법이 적용되는 CVD 장치의 제 2 실시형태를 도시한 종단면도,

도 3은 본 발명의 CVD 방법이 적용되는 CVD 장치의 격벽부의 단면방향에서 본 내부구조의 개략확대도,

도 4는 본 발명의 CVD 방법의 타임차트도이며, 도 4a는 고주파전력과 프로세스 시간과의 관계를 도시하는 타임차트도, 도 4b는 산소도입량과 프로세스 시간과의 관계를 도시하는 타임차트도, 도 4c는 실란도입량과 프로세스 시간과의 관계를 도시하는 타임차트도이다.

(부호의 설명)

11: 유리기판12: 진공용기

12a: 윗용기12b: 아래용기

12b-1: 배기포트13: 배기기구

14: 격벽부15: 플라스마 생성공간

16: 성막처리공간 17: 기판유지기구

18: 히터19: 플라스마

20: 전극20a: 전극구멍

21a, 21b, 21c: 절연부재22: 도전재 고정부

23a: 산소가스 도입파이프23b: 클리닝가스 도입파이프

24: 내부공간25: 관통구멍

26: 확산구멍27: 균일판

28: 재료가스 도입 파이프29: 전력도입봉

31: 절연물32: 가스배관

33: 재료가스공급계41: 접지전위

이하에 본 발명의 적합한 실시형태를 첨부도면에 의거하여 설명한다.

도 1, 도 2를 참조하여 본 발명에 관한 CVD 방법이 적용되는 CVD 장치의 실시형태를 설명한다. 도 1, 도 2에 있어서, 이 CVD 장치에서는, 바람직하게는 실란을 재료가스로서 사용하여, 통상의 TFT용 유리기판(11)의 윗면에 실리콘 산화막을 게이트 절연막으로서 성막한다. CVD 장치의 용기(12)는 성막처리를 행할 때, 배기기구(13)에 의하여 그 내부가 소망의 진공상태로 유지되는 진공용기이다. 배기기구(13)는 진공용기(12)에 형성된 배기포트(12b-1)에 접속되어 있다. 진공용기(12)의 내부에는, 수평 상태에서 도전성부재로 만들어진 격벽부(14)가 설치되어 있으며, 평면형상이 예컨대, 직사각형의 격벽부(14)는 그 주연부가 도전재 고정부(22)의 아래면에 눌리어져서 밀폐된 상태를 형성하도록 배치되어 있다.

이렇게 하여 진공용기(12)의 내부는 격벽부(14)에 의하여 상하의 2개의 실로 격리되어서 윗측의 실은 플라스마 생성공간(15)을 형성하고 아래측의 실은 성막처리공간(16)을 형성한다. 격벽부(14)는 소망의 특정의 두께를 가지며, 또한 전체적으로 평판상의 형태를 가지고 더우기 진공용기(12)의 수평단면형상에 유사한 평면형상을 갖는다. 격벽부(14)에는 내부공간(24)이 형성되어 있다.

유리기판(11)은 성막처리공간(16)에 설치된 기판유지기구(17)의 위에 배치되어 있다. 유리기판(11)은 격벽부(14)에 실질적으로 평행이며, 그 성막면(윗면)이 격벽부(14)의 아래면에 대향하도록 배치되어 있다.

기판유지기구(17)의 전위는 진공용기(12)와 같은 전위인 접지전위(41)에 유지된다. 더우기 기판유지기구(17)의 내부에는 히터(18)가 설치되어 있다. 이 히터(18)에 의하여 유리기판(11)의 온도는 소정의 온도로 유지된다.

진공용기(12)의 구조를 다시 설명한다. 진공용기(12)는 그 조립성을 양호하게 하는 관점에서, 플라스마 생성공간(15)을 형성하는 윗용기(12a)와 성막처리공간(16)을 형성하는 아래용기(12b)로 구성된다. 윗용기(12a)와 아래용기(12b)를 조합하여 진공용기(12)를 만들때, 양자의 사이의 위치에 격벽부(14)가 설치된다. 격벽부(14)는 그 주연부가 진공용기(12)와 같은 전위로 되어 있는 도전재 고정부(22)에 접촉하도록 부착된다. 이것에 따라서, 격벽부(14)의 윗측과 아래측으로 격리된 플라스마 생성공간(15)과 성막처리공간(16)이 형성된다.

도 1의 도시한 본 발명의 CVD 방법이 적용되는 CVD 장치의 제 1 실시형태에 있어서는 플라스마 생성공간(15)에 있어서 플라스마(19)가 생성되어 있는 영역은, 격벽부(14)와 윗용기(12a) 및 이들의 거의 중앙위치에 배치되는 판상의 전극(고주파전극)(20)으로부터 형성되어 있다. 전극(20)에는 복수의 구멍(20a)이 형성되어 있다. 전극(20)은 그 주연부의 측면이 윗용기(12a)와의 사이에 개설되는 절연부재(21a, 21b)중의 윗측의 절연부재(21a)에, 그 주연부의 하단면이 아래측의 절연부재(21b)에 각각 접촉하도록 부착된다.

윗용기(12a)의 천정부에는 전극(20)에 접속된 전력도입봉(29)이 설치되어 있다. 전력도입봉(29)에 의하여 전극(20)에 방전용 고주파전력이 공급된다. 전극(20)은 고주파전극으로서 기능한다. 전력도입봉(29)은 절연물(31)로 덮혀져 있으며, 다른 금속부분과의 절연이 도모되어 있다.

격벽부(14)는 도전재 고정부(22)를 통하여, 접지전위(41)로 되어 있다. 절연부재(21a)에는 외부에서 플라스마 생성공간(15)으로의 여기활성종 생성용으로서의 산소가스를 도입하는 산소가스 도입파이프(23a)가 설치되어 있다. 또 소정량의 성막후에 행하는 클리닝용의 가스로서 플루오르화가스 등의 클리닝가스를 도입하는 클리닝가스 도입파이프(23b)도 절연부재(21a)에 설치되어 있다.

진공용기(12)의 내부는 격벽부(14)에 의하여 플라스마 생성공간(15)과 성막처리공간(16)에 격리되어 있다. 격벽부(14)에는 복수의 관통구멍(25)이 내부공간(24)을 관통하는 상태로 분산되어 형성되어 있다. 관통구멍(25)의 크기(길이 및 지름 등)·구조는, 성막처리공간(16)에 도입된 재료가스가 플라스마 생성공간(15)측에 역확산하는 것을 방지하도록 형성되어 있다. 즉, 관통구멍(25)내에서의 가스유속을 u, 실질적인 관통구멍(25)의 길이를 L(도 3에 도시함. 이 경우 L는 직경이 최소의 부분에 있어서 관통구멍의 길이이다), 상호가스 확산계수(재료가스와 프로세스가스라고 하는 2종의 가스, 이 경우, 실란가스와 산소가스의 상호가스 확산계수)를 D로 할 때, uL／D＞1의 조건을 만족시키는 것이다. 관통구멍(25)을 통하여만 플라스마 생성공간(15)과 성막처리공간(16)은 이어져 있다.

도 3은 본 발명의 CVD 방법이 적용되는 CVD 장치에 채용되어 있는 격벽부(14)의 단면방향에서 본 내부구조의 개략확대도이다. 도 3에 있어서, 윗측은 플라스마 생성공간(15), 아래측은 성막처리공간(16)이다. 격벽부(14)내에 형성되어 있는 내부공간(24)은 격벽부에서 도입된 재료가스를 분산시켜서 균일하게 성막처리공간(16)에 공급하기 위한 공간이다. 더우기 격벽부(14)의 하부판에는 재료가스를 성막처리공간(16)에 공급하는 복수의 확산구멍(26)이 형성되어 있다.

내부공간(24)에는, 재료가스를 외부에서 도입하기 위한 재료가스 도입파이프(28)가 접속되어 있다(도 1, 도 2). 재료가스 도입파이프(28)는 He(헬륨)가스 등의 캐리어가스를 도입하는 배관(도시않음)과 같이 접속되어 있고, 따라서 재료가스는 캐리어가스가 첨가된 상태에서 도입된다.

내부공간(24)중에는 재료가스가 확산구멍(26)에서 성막처리공간(16)에 균일하게 공급되도록 복수의 구멍을 갖도록 천공된 균일판(27)이 대략 수평으로 설치되어 있다(도 3). 격벽부(14)의 내부공간(24)은 균일판(27)에 의하여 상하의 2개의 공간부분으로 나누어져 있다.

재료가스 도입파이프(28)로 격벽부(14)의 내부공간(24)에 도입되는 재료가스는 윗측의 공간으로 도입되어, 균일판(27)의 구멍을 통하여 아래측의 공간에 이르러, 더우기 확산구멍(26)을 통하여 성막처리공간(16)으로 확산되는 것이 된다.

이상의 구조에 의거하여 성막처리공간(16)의 전체에 걸쳐서 재료가스를 균일하게 공급되는 것이 가능하게 되나, 격벽부(14)의 내부구조는 성막처리공간(16)의 전체에 걸쳐서 재료가스를 균일하게 공급할 수가 있는 구조이면, 상술한 구조에 한하는 것은 아니다.

이하, 재료가스가 플라스마 생성공간(15)에 역확산하지 않는 메카니즘을 설명한다.

상술한 CVD 장치를 사용하여 얇은막이 형성될 때에는 도시하지 않은 반송로봇에 의하여 유리기판(11)이 진공용기(12)의 내부에 반입되어, 기판유지기구(17)의 위에 배치된다. 진공용기(12)의 내부는 배기기구(13)에 의하여 배기되어, 감압되어서 소정의 진공상태로 유지된다. 다음에 산소가스 도입파이프(23a)를 통하여 산소가스가 진공용기(12)의 플라스마 생성공간(15)에 도입된다. 이때 산소가스의 유량은 외부의 매스플로 컨트로울러(도시않음)로 제어된다.

한편, 재료가스, 예컨대 실란이 재료가스 도입파이프(28)를 통하여 격벽부(14)의 내부공간(24)내에 도입되어 확산구멍(26)을 통하여 성막처리공간(16)내에 도입되어간다.

이하의 식(1), (2)를 사용하여 산소가스의 질량유량(Q₀₂)와 압력(P₀₂) 및 온도(T)에서 산소의 유속(u)이 구하여진다.

Q₀₂＝ ρ₀₂uA‥‥ (1)

P₀₂＝ ρ₀₂RT／M‥‥ (2)

여기서, ρ₀₂: 산소가스의 밀도

M: 산소분자량

R: 보편가스정수

T: 절대온도로 나타낸 격벽부(14)의 온도

A: 격벽부(14)에 형성된 관통구멍(25)의 총단면적

u: 관통구멍(25)을 흐르는 산소가스의 유속

uL／D＞1의 관계는 다음과 같이 도출된다. 예컨대, 관통구멍(25)을 이동하는 산소와 실란과의 관계에 관하여 실란가스밀도(ρ_SiH4)와 확산유속(u_SiH4)과 상호가스 확산계수(D_SiH4-02)를 사용하여 하기의 식(3)이 성립된다.

ρ_SiH4u_SiH4＝ -D_SiH4-02 grad ρ_SiH4‥‥ (3)

여기서 관통구멍(25)의 특징적 길이(직경이 최소의 부분에 있어서의 관통구멍(25)의 길이)를 L로 하면, 식(3)이 식(4)에 근사할 수 있다.

ρ_SiH4u_SiH4＝ -D_SiH4-02 ρ_SiH4／L‥‥ (4)

식(4)의 앙변을 비교한 결과, 실란의 확산유속(u_SiH4)가 -D_SiH4-02／L로 나타낸다. 따라서, 상기의 식(1)과 (2)에서 얻어지는 산소유속을 u로 하여, 실란의 확산유속(u_SiH4)을 -D_SiH4-02／L로 한 경우에 이들의 2개의 유속의 절대치의 비, 즉 |-u／(-D_SiH4-02／L)| ＝ uL／D_SiH4-02의 값은 산소물질 이동속도와 실란의 확산속도의 비이며, 이 비 uL／D_SiH4-02의 값을 1 이상으로 하는 것은 실란의 확산속도에 비교하여 산소의 이동속도가 큰 것을 의미한다. 즉, uL／D_SiH4-02의 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 총개수를 500개, 산소가스의 유량을 500sccm(=표준상태에서 500㎤/min), 성막처리공간(16)의 압력을 100Pa로 하면, 상기 식의 값은 11로 된다. 이와 같은 경우에는, 실란가스의 확산에 비교하여 흐름의 영향이 충분히 크기 때문에, 플라스마 생성공간(15)에 실란가스가 확산하는 것은 적게 된다.

도 2는 본 발명에 관한 CVD 방법이 적용되는 CVD 장치의 제 2 실시형태를 나타내는 것이다. 도 2 도시의 실시형태의 특징적 구성은, 윗용기(12a)의 천정부의 내측에 절연부재(21a)를 설치, 또한 그의 아래측에 전극(20)을 배치하도록 한 점에 있다. 전극(20)에는 도 1에 도시한 제 1 실시형태의 경우와 같은 구멍(20a)은 형성되지 않고, 일매의 판상의 형태를 가진다. 전극(20)과 격벽부(14)에 의하여 평행평판형 전극구조에 의한 플라스마 생성공간(15)을 형성한다. 그 밖의 구성은 제 1 실시형태의 구성과 실질적으로 같다. 그래서, 도 2에 있어서 도 1에서 설명한 요소와 실질적으로 동일한 각 요소에는 동일의 부호를 부여하고 여기서 상세한 설명을 반복하는 것은 생략한다. 더우기, 제 2 실시형태에 의한 CVD 장치에 의한 작용, 효과도 상술의 제 1 실시형태와 같았다.

상기와 같이 구성되어 있는 CVD 장치를 사용한 본 발명의 CVD 방법에 대하여 설명한다.

도시하지 않은 반송로봇에 의하여 유리기판(11)이 진공용기(12)의 내부에 반입되어, 기판유지기구(17)의 위에 배치된다. 진공용기(12)의 내부는 배기기구(13)에 의하여 배기되어, 감압되어서 소정의 진공상태로 유지된다. 다음에, 산소가스 도입파이프(23a)를 통하여 산소가스가 진공용기(12)의 플라스마 생성공간(15)에 도입된다.

한편, 재료가스인, 예컨대, 실란이 재료가스 공급계에 연결되어 있는 재료가스 도입파이프(28)를 통하여 격벽부(14)의 내부공간(24)에 도입된다. 실란은 최초에 내부공간(24)의 윗측부분에 도입되어, 균일판(27)을 통하여 균일화되어서 아래측부분에 확산하고, 다음에 확산구멍(26)을 통하여 성막처리공간(16)에 직접으로, 즉 플라스마에 접촉하는 일없이 도입된다. 성막처리공간(16)에 설치된 기판유지기구(17)는 히터(18)에 통전이 행하여져 있기 때문에, 미리 소정온도로 유지되어 있다.

상기의 상태에서, 전극(20)에 대하여 전력도입봉(29)을 통하여 고주파전력이 공급된다. 이 고주파전력에 의하여 방전이 생겨서, 플라스마 생성공간(15)내에 있어서 전극(20)의 주위에 산소 플라스마(19)가 생성된다. 산소 플라스마(19)를 생성하는 것으로, 중성의 여기종인 라디칼, 즉 여기활성종이 생성되고, 이것이 관통구멍(25)을 통과하여 성막처리공간(16)에 도입되고, 그 한쪽, 재료가스가 격벽부(14)의 내부공간(24), 확산구멍(26)을 통하여 성막처리공간(16)에 도입된다. 그 결과, 성막처리공간(16)내에서 이 라디칼과 재료가스가 처음으로 접촉하여 화학반응을 일으켜서 유리기판(11)의 표면상에 실리콘 산화물이 퇴적하여 얇은막이 형성된다.

도 4a, 4b, 4c 도시의 타임차트로 다시 본 발명의 CVD 방법에 대하여 설명한다.

시각(T₀)까지로 진공용기(12)내로의 유리기판(11)의 반입, 기판유지기구(17)로의 설치 등이 완료되고, 시간(t₁)(T₁-T₀)에서 플라스마 생성공간(15)에서 산소 플라스마를 생성하여 시각(T₁)에서 격벽부(14)의 내부공간(25)으로의 실란도입을 개시한다.

도 4c에서는, 재료가스인 실란도입방법의 일예로서, 시각(T₁, T₂, T₃)에서 단계적으로 재료가스(실란) 유량이 각각 S₁, S₂, S₃로 단계적으로 증가하고 있으나, 재료가스(실란) 유량이 단조증가하는 것이라도 상관이 없으며, 일정한 유량을 유지한 그대로의 재료가스(실란)이 도입되는 것이라도 상관없다.

시각 T₃에서 T₄까지 유량의 최대치(S₃)를 유지한 상태에서 시간(t₄)의 사이 성막되어 있다. 여기서 도 4c에 있어서 시간(T₄-T₀)에 행하여진 성막공정이 본 발명의 CVD 방법에 있어서 제 1 공정으로 이루어진다.

여기서, 제 1의 공정의 일예로서, 370mm×470mm의 유리기판(11)에 막두께 1000Å의 실리콘 산화막을 성막하는 경우를 표시함.

진공용기(12)내를 32Pa로 감압하여, 산소가스 도입파이프(23a)를 통하여, 도 4b의 도시와 같은 산소가스를 유량 1.7g/min(1.2SLM, Standard Liter/Minute)로 진공용기(12)의 플라스마 생성공간(15)에 도입한다.

이때, 도 4c 도시한 바와 같이, 재료가스인 실란의 유량을 0mg/min에서 최대 29mg/min(0.02SLM)까지 단계적으로 증가시켜, 29mg/min으로 유지하였다. 실란의 캐리어가스인 He 가스의 유량은 36mg/min(0.2SLM)이다.

고주파전력은 도 4a 도시한 바와 같이 전극(20)에 대하여 전력도입봉(29)을 통하여 60MHz, 1.2KW가 인가되어, 한편, 성막처리공간(16)에 설치된 기판유지기구(17)는 히터(18)로의 통전에 의하여 가열되어 있으며, 미리 유리기판(11)은 310℃에 유지되어 있다.

이들의 성막조건하에서, 소정의 막두께를 성막하는데에 6분을 요하였다.

다음에 도 4c에 있어서 시각(T₄∼T₅)에서 나타내는 재료가스의 유량이 0의 상태에서 행하여지는 공정이 본 발명의 CVD 방법에 있어서의 제 2 공정으로 된다.

이 제 2 공정은 플라스마 생성공간(15)의 전극(20)에 제 1 공정과 마찬가지로 고주파전력을 인가하여, 생성된 중성의 활성종인 라디칼, 즉 여기활성종만을, 격벽부(14)의 관통구멍(25)을 통하여 성막처리공간(16)에 도입하고, 이리하여 성막처리공간(16)에 도입된 여기활성종만을, 기판유지기구(17)상의 유리기판(11)에 상기 제 1 공정에서 성막되어 있는 얇은막에 대하여 조사하는 것이다. 이것에 의하여, 상기 제 1 공정완료시의 박막중 또는 얇은막의 하부계면에 OH, 수소원자 등이 남고, 과잉의 규소가 박막중에 존재하여 있어도, 산화반응을 충분하게 촉진시킬 수가 있으며, 그 결과, 상기의 OH, 수소원자, 또는 규소 등도 산화되어, 규소의 최종산화물인 화학량론을 채우는 SiO₂가 얻어져서, 막질이 양호한 얇은막을 얻을 수가 있다.

여기서, 상술한 바와 같이, 격벽부(14)는 접지전위(41)의 금속면과 확실하게 접촉하여 있기 때문에, 고주파의 성막처리공간(16)으로의 누출은 거의 없으며, 따라서 유리기판(11)을 고에너지의 이온을 함유한 플라스마에 쬐이는 일없이, 플라스마를 생성공간의 산소 플라스마에 의해 생성된 전기적으로 중성인 여기종(라디칼)인 여기활성종만을 선택적으로 상기 제 1 공정으로 성막된 얇은막에 조사할 수가 있다.

또한 도 4a, 4b, 4c에 도시한 실시형태에서는, 제 2 공정에 있어서 전극(20)에 인가하는 고주파전력, 플라스마 생성공간(15)으로의 산소도입량은 각각 제 1 공정의 경우의 고주파전력, 산소도입량과 같으며, 유리기판(11)의 온도도 제 1 공정과 제 2 공정에서는 동일로 하여 행하였다. 그리고 제 2 공정에 있어서의 고주파전력(도 4a 도시), 산소도입량(도 4b 도시), 유리기판(11)의 온도(도시하지 않음)을 제 1 공정때의 수치보다 증대 또는 감소시켜서도 본 발명의 작용, 효과에는 상위함은 없었다.

본 발명의 CVD 방법에 있어서의 제 2 공정의 시간은 제 1 공정 완료시의 얇은막의 두께, 또는 성막속도에 영향을 미치는 재료가스의 도입량 등의 성막의 조건에 의해 다르나, 일반으로 제 1 공정에 있어서 성막속도를 빨리하면, 산화불충분의 영역이 증가하여 버리는 것이 생각되어, 제 2 공정의 시간은 제 1 공정의 시간에 좌우되고, 제 1 공정의 시간이 짧게 되면 즉, 성막속도를 빨리하면 반비례적으로 길게 할 필요가 있다.

또 실제의 생산상, 제 1 공정에서 도 4c의 도시한 바와 같은 단계적으로 증가되어서 도입되는 재료가스의 유량, 또는 도시하지 않았으나 단조적으로 증가되어서 도입되는 재료가스의 유량은 박막의 하부계면의 과잉의 실리콘의 농도를 적게 하기 위해, 즉, 제 2 공정의 시간을 필요최저한으로 시키기 때문에, 상술의 성막조건에서는 재료가스의 유량을 0 내지 29mg/min의 사이에서 단계적으로 증가시켰으나, 최대에서도 36mg/min 이하가 바람직하고, 재료가스의 도입방법(유량증가회수, 유량, 또는 도입시간)은, 상기 최대유량 이하이면 임의로 결정할 수도 있다.

또한 상술한 본 발명의 실시형태의 제 2 공정에 있어서 실리콘 산화막에 대한 산소 플라스마에서 생성한 여기활성종의 작용은 실리콘 질화막에 대한 질소 플라스마에서 생성한 여기활성종의 작용, 및 실리콘 불화막에 대한 플루오르 플라스마로부터 생성된 여기활성종의 작용과, 화학반응을 촉진시킨다는 점에서 마찬가지이다.

따라서, 상술한 제 1 공정과 제 2 공정을 설정한다는 본 발명의 CVD 방법은 실리콘 질화막, 실리콘 불화막의 성막에 대하여도 적용할 수가 있다.

이상, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명하였지만 본 발명은 이러한 실시형태에 한정되지 않는다. 이하의 특허청구범위의 기재로부터 이해되는 기술적 범위에 속하는 모든 형태로 변경가능할 것이다.

Claims (1)

1. 진공용기내에서 플라스마를 생성하여 여기활성종을 발생시켜, 이 여기활성종과 재료가스로 기판에 성막을 행하는 CVD 방법으로서,

   CVD 장치의 진공용기 내부가 도전성 격벽부에 의하여 2실로 격리되어 있으며, 이 격리된 2실중, 한쪽의 실의 내부는 고주파전극이 배치된 플라스마 생성공간으로서, 다른쪽의 실의 내부는 기판을 탑재하는 기판유지기구가 배치된 성막처리공간으로서 각각 형성되고,

   상기 도전성 격벽부가 상기 플라스마 생성공간과 상기 성막처리공간을 통과시키는 복수의 관통구멍을 가지고 있음과 동시에, 상기 플라스마 생성공간에서 격리되고 또한 상기 성막처리공간과 복수의 확산구멍을 통하여 통하게 하고 있는 내부공간을 가지고 있는 CVD 장치를 사용하며,

   상기 도전성 격벽부의 내부공간에 외부로부터 공급된 재료가스를 상기 복수의 확산구멍을 통하여 상기 성막처리공간에 도입시킴과 동시에,

   상기 고주파전극에 고주파전력을 주어서 상기 플라스마 생성공간에서 플라스마 방전을 발생시킴으로써 상기 플라스마 생성공간에서 생성된 여기활성종을, 상기 도전성 격벽부의 복수의 관통구멍을 통하여 상기 성막처리공간에 도입시키고,

   상기 성막처리공간에 있어서, 도입된 상기 여기활성종과 상기 재료가스로 기판으로의 성막을 행하는 CVD 방법에 있어서,

   상기 성막처리공간에 도입된 상기 여기활성종과 상기 재료가스로 기판으로의 성막을 행하는 제 1 공정과, 상기 도전성 격벽부의 내부공간에 외부로부터 공급되는 재료가스의 유량이 0으로 되고, 도전성 격벽부의 복수의 관통구멍을 통하게 하여 성막처리공간으로 도입되는 여기활성종의 조사가, 상기 제 1 공정에서 성막된 얇은막에 대하여 행하여지는 제 2 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 CVD 방법.