일반기술

텅스텐 박막 제조용 플라즈마 화학증착 온도 측정장치

본 발명은 플라즈마 화학증착법으로 저저항의 텅스텐 박막을 증착시키는 기술에 관한 것으로, 특히 저저항의 텅스텐 박막의 성장에 중요한 인자로 작용하는 실리콘 기판의 표면온도를 정확하게 측정하여 반응기 내에서의 증착반응이 최적의 증착온도에서 수행되도록 한 텅스텐 박막 제조용 플라즈마 화학증착 온도 측정장치에 관한 것이다.현재 일반적으로 행해지고 있는 텅스텐 박막의 증착방법은 크게 물리적 증착방법과 화학증착방법의 두가지 형태로 대별되는데 그 중 전자의 물리적 증착방법의 예로는 고순도의 텅스텐 타겟(Target)을 이용한 스퍼터링이나 전자빔증착(electronbeam depositon)을 들 수 있으며, 후자의 화학증착방법으로는 WF6-H2가 스등을 열분해시켜 실리콘기판의 증착을 행하는 저압화학증착법(LPCVD : Low Pressure Chemical Vapor Deposition)이 사용되고 있다.그런데, 물리적 증착방법의 경우에는 복사손실(radiation damage)에 의하여 박막의 결함발생이 높을 뿐만아니라, 스텝커버리지(step coverage)면에서도 불리하고 이에 더하여 비저항값이 50μΩ-㎝이상으로 높다는 단점이 있다.이에 반하여, 저압화학증착법은 위에서 열거한 물리적 증착방법에서 나타나는 대부분의 단점을 보완한 점에 있어 일응 특징적인 면이 있긴 하나 실리콘에만 국한하여 증착이 이루어질 뿐 절연층이나 화합물 반도체등의 기판에서는 증착이 이루어지지 않는 등의 기판의 특성에 따라 텅스텐 박막의 증착이 용이하지 않아서 물리적 증착방법에서와 같이 어떠한 기판에대해서도 금속박막을 증착시킬 수 있는 필요성을 충족시킬 수 없는 문제점을 지니고 있다[참조 : W.T.Stacy,E.K.Broadbent, M.H.Norcott, J.Electrochem. Soc., vol. 132, p444, 1985].한편, 화학증착법의 새로운 형태로서의 플라즈마 화학증착법(PECVD : Plasma Enanced Chemical Vapor Deposition)을 사용하여 텅스텐 박막을 증착시키는 경우에는 상기의 저압화학증착법에서 지니고 있는 문제점의 해결이 가능할 뿐만아니라 스텝커버리지면에서도 저압화학증착법에 비해 우수한 것으로 알려지고 있다[참조 : A.Sherman, Thin Solid Films, vol.113,p.135, 1984].그러나, 현재까지 보고된 바의 플라즈마 화학증착법에 의하여 형성된 텅스텐 박막의 비저항값은 저압화학증착법에 의하여얻어진 박막의 비저항값인 10μΩ-㎝정도에 비해 훨씬 높은 값을 나타냄에 따라 플라즈마 화학증착법을 실제 적용하기에는 어려움이 있다[참조 : C.C.Tang, D.W. Hess, Appl. Phys Lett., vol.45, p.633, 1984].플라즈마 화학증착법을 이용하여 텅스텐 박막을 성장시킬 때 성장된 텅스텐 박막의 특성에 가장 큰 영향을 미치는 인자는증착온도인 까닭에 결정성장시 증착온도를 정확하게 제어하여야 만이 낮은 비저항값을 갖는 우수한 텅스텐 박막의 성장이가능하게 된다.그런데, 플라즈마 상태에서는 증착압력 및 열판(hot plate)의 온도에 따라서 증착반응이 일어나는 웨이퍼 표면의 온도가매우 크게 변화함에 따라 종래의 플라즈마 화학장치를 이용하여 증착을 수행하는 경우 웨이퍼 표면의 온도를 직접 측정하는 방식이 아닌 제1도에 도시된 바와 같이 실리콘기판과는 일정거리를 유지하고 있는 열판의 온도를 측정하여 이를 실리콘기판의 온도로 취급하는 방식을 취함에 따라 실리콘기판의 표면온도에 대한 실제값과는 상당한 차이를 보이고 있다.다시말하면, 제1도에 도시된 바와 같이 종래의 플라즈마 화학장치에서 증착온도를 측정하는 방법은 대개 반응기(1)의 상부에 확산전극(2)이 형성되고 하부에는 열선(3)으로 가열되는 열판(4)상에 실리콘웨이퍼(5)를 올려놓은 상태에서 열전대(T)를 이용하여 열판(4)의 온도를 측정하는 형태로서 실제로 텅스텐 박막의 증착이 일어나는 실리콘웨이퍼의 표면온도와열판의 온도사이에는 상당한 차이가 존재하게 된다.이와 달리 실리콘웨이퍼의 표면온도를 직접 측정하는 방식으로서 고온계(optical pyrometer)를 이용하는 형태가 알려지고있으나, 이 방법 역시 플라즈마에 의한 방출(emission)과 텅스턴 박막의 성장이 진행됨에 따라 방사율(emissivity)이 변화함으로써 정확한 온도를 측정할 수 없다는 문제점이 있다[참조 : J.E.J.Schmitz, J.L.G. Suijker, M.J. Buiting,Tungsten and Other Refractory Metals for VLSI Application Ⅳ, eds. R.S. Blewer and C.M. McConica, MaterialsResearch Soc., Pittsburg, p.211, 1989].한편, 열전대를 실리콘웨이퍼의 표면에 위치시켜 직접 실리콘 웨이퍼의 표면온도를 측정하는 방식이 고려되고 있긴 하나,이와 같은 경우에는 실제에 있어서 고주파전자기장이 열전대에 유기됨으로써 정확한 온도측정이 용이하지 않다는 문제점이 있다.따라서, 본 발명은 플라즈마 화학증착법에 의한 텅스텐 박막의 증착시 종래의 증착온도