KR0117107Y1 - Device for chemical vapor deposition under low pressure - Google Patents

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Abstract

본 고안은 웨이퍼위에 박막을 형성하는 저압 화학 기상 증착장치에 관한 것으로, 복수개의 췌이퍼을 수용하는 반응실을 구성하는 내,외부 석영관과, 상기 반응실을 가열하는 히터와, 상기 반을가스를 공급하는 가스공급수단과, 배기수단을 구비하여 반응가스의 열분해 및 화학반응에 의해 웨이퍼 표면에 불순물이 주입된 박막을 중착시키는 저압 화학 기상 증착장치를 구성함에 있어서, 상기 가스공급수단을 내부 석영관에 가스를 공급하는 제1가스 노즐과 내,외부 석영관 사이에 가스를 공급하는 제2가스 노즐로 분리하여 반응가스가 반응실의 상,하방에서 교차되어 흐르도록 하고, 반응후 반응가스가 상,하방에서 교차로 배기되도록 2개의 배기관으로 배기수단을 형성하여 2스텝 증착이 이루어지도록 구성한 것이다.The present invention relates to a low pressure chemical vapor deposition apparatus for forming a thin film on a wafer, comprising: an inner and outer quartz tube constituting a reaction chamber accommodating a plurality of pancreatic wipers, a heater for heating the reaction chamber, and a half gas. In the low-pressure chemical vapor deposition apparatus comprising a gas supply means for supplying and an exhaust means for neutralizing a thin film in which impurities are injected into the wafer surface by pyrolysis and chemical reaction of the reaction gas, the gas supply means is an internal quartz tube. The gas is separated into a first gas nozzle for supplying gas to a second gas nozzle for supplying a gas between the inner and outer quartz tubes so that the reaction gas flows in the upper and lower portions of the reaction chamber. The exhaust means is formed by two exhaust pipes so as to be exhausted from the lower side at the intersection.

Description

저압 화학 기상 증착장치Low Pressure Chemical Vapor Deposition System

제1도는 종래 저압 화학 기상 증착장치의 구조를 보인 단면도.1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional low pressure chemical vapor deposition apparatus.

제2도는 본 고안에 따른 저압 화학 기상 증착장치의 구조를 보인 단면도.Figure 2 is a cross-sectional view showing the structure of a low pressure chemical vapor deposition apparatus according to the present invention.

제3도는 본 고안에 따른 저압 화학 기상 증착장치의 가스 흐름 상태를 보인 도면.3 is a view showing a gas flow state of the low pressure chemical vapor deposition apparatus according to the present invention.

＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＊ Explanation of symbols for main parts of drawing

1 : 외부 석영관 2 : SiC관1: outer quartz tube 2: SiC tube

3 : 히터 4 : 내부 석영관3: heater 4: internal quartz tube

5 : 플랜지 6,6a,6b : 가스노즐5: Flange 6,6a, 6b: Gas nozzle

7,7a,7b : 진공배관 20 : 쓰리웨이밸브7,7a, 7b: Vacuum piping 20: Three-way valve

본 고안은 웨이퍼위에 박막을 형성하는 저압 화학 기상 증착장치에 관한 것으로, 특히 반응관내의 상,하방에서 반응가스가 교차되어 흐르도록 하여 반응관내 모든 위치의 웨이퍼에서 증착된 막의 불순물 농도 및 막두께의 균일도를 향상시키고, 또한 동이 온도에서 공정이 이루어지도록 함으로써 막특성을 향상시키도록 한 저압 화학 기상 증착장치에 관한 것이다.The present invention relates to a low pressure chemical vapor deposition apparatus for forming a thin film on a wafer, and in particular, the reaction gas flows in the reaction tube up and down in the reaction tube, so that the impurity concentration and film thickness of the film deposited on the wafer at all positions in the reaction tube The present invention relates to a low pressure chemical vapor deposition apparatus which improves uniformity and improves film characteristics by allowing copper to be processed at a temperature.

일반적으로 저압 화학 기상 증착장치는 웨이퍼의 표면에 박막을 증착시키는 장비로서, 히터로 둘러싸인 밀폐된 석영관에 진공펌프를 연결하여 연속적으로 배기시킴과 동시에 일정량의 반응가스를 석영관 내로 흘려 주면서 일정 압력 및 적당한 온도를 유지시켜 주면, 반응물질의 열분해 또는 화학 반응에 의해 웨이퍼 표면에 소정의 막이 증착된다. 이러한 저압 화학 기상 증착장치는 공정 진행시 반응관의 내부 압력을 0.2-1Torr의 저압으로 유지하고, 단순한 일에너지에 의한 반응으로 공정이 진행됨으로써 증착막의 균일도 및 스텝커버리지 특성이 좋으며, 한 번에 많은 수의 웨이퍼를 처리함과 아울러 양질의 증착막을 형성할 수 있다는 장점이 있어, 생산원가를 줄일 수 있으므로 반도체 제조의 박막 형성에 많이 사용되고 있다.In general, a low pressure chemical vapor deposition apparatus is a device for depositing a thin film on the surface of a wafer. The vacuum pump is connected to a closed quartz tube surrounded by a heater to continuously evacuate it, and a certain amount of reaction gas flows into the quartz tube. And maintaining a suitable temperature, a predetermined film is deposited on the wafer surface by thermal decomposition or chemical reaction of the reactants. The low pressure chemical vapor deposition apparatus maintains the internal pressure of the reaction tube at a low pressure of 0.2-1 Torr during the process and maintains the uniformity and step coverage characteristics of the deposited film at a time by performing the process by a simple work of energy. In addition to processing a large number of wafers, there is an advantage in that a good deposition film can be formed, and thus production costs can be reduced, and thus, it is widely used for forming thin films in semiconductor manufacturing.

상기한 바와 같이, 반도체 제조의 박막 증착 공정에 사용되고 있는 일반적인 저압 화학 기상 증착장치를 제1도에 도시하였는 바, 이를 간단히 살펴보면 다음과 같다.As described above, a general low pressure chemical vapor deposition apparatus used in a thin film deposition process of semiconductor manufacturing is illustrated in FIG. 1, which is briefly described as follows.

도시한 바와 같이, 외부 석영관(1)의 외측에 SiC관(2)과 4부분으로 구획된 히터(3)가 설치되어 있고, 내부에는 석영관(4)이 설치되어 있다. 또한 상기 외부 석영관(1)의 하부 플랜지(5) 일측에는 가스노즐(6)이 연결되어 가스를 내부 석영관(4)내로 공급시킬 수 있도록 되어 있고, 그 반대측에는 석영관(1)(4) 내부을 공정 압력 분위기로 조성하기 위항 진공펌프 연결용 진공배관(7)이 연결되어 있다. 그리고 상기 외부 석영관(1)과 하부 플랜지(5) 사이 및 하부의 밀폐용 캡(8)과 하부 플랜지(5) 사이에는 기밀 유지용 오릴(9)(10)이 설치되어 있고, 이 오링(9)(10)을 고온으로부터 보호하기 위해 냉각수가 순환하도록 구성되어 있다. 따라서 석영보트(11)에 웨이퍼(12)를 적재시키고 가스노즐(6)를 통해 반응가스를 내부 석영관(4)에 공급하면서 석영관 내부를 저압 상태 및 일정한 온도로 유지시키년 반응가스의 열분해 및 화학 반응에 의해 일정한 생성속도로 웨어퍼(12)위에 막이 증착되는 것이다.As shown in the drawing, the SiC tube 2 and the heater 3 partitioned into four parts are provided in the outer side of the outer quartz tube 1, and the quartz tube 4 is provided in the inside. In addition, a gas nozzle 6 is connected to one side of the lower flange 5 of the outer quartz tube 1 to supply gas into the inner quartz tube 4, and on the opposite side, the quartz tube 1 and 4. In order to create the inside of the process pressure atmosphere, a vacuum pipe 7 for connecting a vacuum pump is connected. And between the outer quartz tube (1) and the lower flange (5) and between the sealing cap (8) and the lower flange (5) of the lower portion is installed airtight retaining (9) (10), this O-ring ( 9) 10 is configured to circulate cooling water to protect it from high temperatures. Therefore, the wafer 12 is loaded on the quartz boat 11 and the reaction gas is supplied to the internal quartz tube 4 through the gas nozzle 6 while the inside of the quartz tube is maintained at a low pressure and at a constant temperature. And a film is deposited on the wafer 12 by a chemical reaction at a constant production rate.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 저압 화학 기상 증착장치는 반응가스가 하부에 위치한 하부 플랜지(5)의 가스노즐(6)로부터 분사되고, 내부 석영관(4)의 하부에서부터 상부로 확산되어 내부 석영관(4)과 외부 석영관(1) 사이로 배기되므로 반응관 내외 가스분포가 균일하지 않게 된다. 즉 석영보트(11)의 상측에 놓인 웨이퍼는 하측에 놓인 웨이퍼보다 느린 속도로 증착이 이루어짐으로써 상하부에 위치한 웨이퍼에 증착되는 막의 균일도에 문제가 도출되었다. 이를 방지하기 위해 종래에는 히터(3)의 온도를 상부는 높게, 하부는 낮게 유지하여 막 생성속도를 균일하게 유지시킬 수 있도록 하고 있으나, 반응관 상,하부의 온도가 상이한 상태로 공정을 진행함에 따라 상,하부 웨이퍼의 증착막 특성이 달라지게 되고, 분순물 주입시에도 불순물 농도가 균일하게 유지되지 않는 문제가 발생되었다.However, in the conventional low pressure chemical vapor deposition apparatus as described above, the reaction gas is injected from the gas nozzle 6 of the lower flange 5 located at the lower part, and diffuses from the lower part of the inner quartz tube 4 to the upper part, and thus the internal quartz. Since the gas is exhausted between the tube 4 and the external quartz tube 1, the gas distribution inside and outside the reaction tube is not uniform. That is, since the deposition of the wafer placed on the upper side of the quartz boat 11 is performed at a slower speed than the wafer placed on the lower side, a problem arises in the uniformity of the film deposited on the wafer located on the upper and lower parts. In order to prevent this, conventionally, the temperature of the heater 3 is kept high in the upper part and the lower part in order to maintain the film formation rate uniformly. As a result, the deposition film characteristics of the upper and lower wafers are changed, and the impurity concentration is not maintained even when the impurities are injected.

이를 감안하여 안출한 본 고안의 목적은, 반응관내의 상,하방에서 반응가스가 교차되어 흐르도록 함으로써 반응관내 모든 위치의 웨이퍼에서 증착된 막의 볼순물 농도 및 막두께의 균일도를 향상시키고, 또한 동일 온도에서 공정이 이루어지도록 함으로써 막특성을 향상시키도록 한 저압 화학 기상 증착장치를 제공함에 있다.The object of the present invention devised in view of this is to improve the uniformity of the film impurities concentration and film thickness of the film deposited on the wafer at all positions in the reaction tube by allowing the reaction gas to flow in the reaction tube at the upper and lower sides. It is to provide a low-pressure chemical vapor deposition apparatus for improving the film properties by performing the process at a temperature.

상기와 같은 본 고안은 목적을 달성하기 위하여, 복수개의 웨이퍼를 수용하는 반응실을 구성하는 내,외부 석영관과, 상기 반응실을 가열하는 히터와, 상기 반응실에 반응가스를 공급하는 가스공급수단과, 배기수단을 구비하여 반응가스의 열분해 및 화학반응에 의해 웨이퍼 표면에 불순물이 주입된 박막을 증착시키는 저압 화학 기상 증착장치를 구성함에 있어서, 상기 가스공급수단을 내부 석영관에 가스를 공급하는 제1가스 노즐과 내,외부석영관 사이에 가스를 공급하는 제2가스 노즐로 분리하여 반응가스가 반응실의 상,하방에서 교차되어 흐르도록 하고, 반응후 반응가스가 상,하방에서 교차로 배기되도록 2개의 배기관으로 배기수단을 형성하여 2 스텝증착이 이루어지도록 구성한 것을 특징으로 하는 저압 화학 기상 증착장치가 제공된다.The present invention as described above, in order to achieve the object, the internal and external quartz tube constituting a reaction chamber containing a plurality of wafers, a heater for heating the reaction chamber, and a gas supply for supplying a reaction gas to the reaction chamber In the low pressure chemical vapor deposition apparatus comprising a means and an exhaust means for depositing a thin film implanted with impurities on the wafer surface by pyrolysis and chemical reaction of the reaction gas, the gas supply means is supplied to the internal quartz tube Separating into a second gas nozzle for supplying gas between the first gas nozzle and the internal and external quartz tube to the reaction gas flows in the upper and lower sides of the reaction chamber, after the reaction the reaction gas flows up and down the intersection Provided is a low pressure chemical vapor deposition apparatus characterized in that the exhaust means is formed of two exhaust pipes to be exhausted so that two-step deposition is performed.

이하, 상기한 바와 같은 본 고안에 의한 저압 화학 기상 증착장치의 바람직한 실시례를 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the low pressure chemical vapor deposition apparatus according to the present invention as described above will be described in more detail based on the accompanying drawings.

첨부한 제2도는 본 고안에 따른 저압 화학 기상 증착장치의 구조를 보인 단면도 이고, 제3도는 본 고안에 따른 저압 화학 기상 증착장치의 가스 흐름 상태를 보인 도면으로서, 도시한 바와 같이, 본 고안에 의한 저압 화학 기상 증착장치는 외부 석영관(1)의 외측에 SiC관(2) 및 4부분으로 구획된 히터(3)가 설치되어 있고, 내부에는 내주 석영관(4)이 설치되어 있다. 상기 외부 석영관(1)의 하부에는 플랜지(5)가 설치되어 있고, 이 플랜지(5)의 일측에는 반응가스를 공급하기 위한 가스노즐(6)이 연결되어 있으며, 타측에는 반응가스를 배기시키기 위한 진공펌프 연결용 진공배관(7)이 연결되어 있다. 여기서 상기 가스노즐(6)은 2개로 분리 형성되어 있는 바, 하나(6a)는 외부 석영관(1)과 내부 석영관(4)사이에, 또 다른 하나(6b)는 내부 석영관(4)내로 가스가 분사되도록 설치되어 있다. 또한 상기 진공배관(7) 역시 2개의 배기관(7a)(7b)으로 형성되어 있는 바, 하나는 종래장치와 동일하게 내부 석영관(4)에서 반응된 가스가 내부 석영관(4)와 외부 것영관(1) 사이로 배기되도록 되어 있고, 다른 하나는 내부 석영관(4)내의 반응가스를 직접 배기시킬 수 있도록 구성되어 있다. 한편 상기 배기관(7a)(7b)의 중간부분에는 반응후 배기되는 가스를 양방향으로 배기시킬 수 있도록 하기 위하여 쓰리웨이 밸브(20)를 설치하여 구성하였다. 그외 본 고안 장치를 구성하는 여타 구성은 종래와 동일하므로 동일 부호를 부여하고 표기하고, 여기서는 상세한 설명은 생략한다.2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a low pressure chemical vapor deposition apparatus according to the present invention, and FIG. 3 is a view illustrating a gas flow state of the low pressure chemical vapor deposition apparatus according to the present invention. In the low pressure chemical vapor deposition apparatus, the SiC tube 2 and the heater 3 partitioned into four parts are provided on the outer side of the outer quartz tube 1, and the inner quartz tube 4 is provided inside. The lower portion of the outer quartz tube 1 is provided with a flange 5, one side of the flange 5 is connected to the gas nozzle 6 for supplying the reaction gas, the other side to exhaust the reaction gas The vacuum pipe 7 for connecting the vacuum pump is connected. Here, the gas nozzle 6 is separated into two bars, one 6a between the outer quartz tube 1 and the inner quartz tube 4, and the other 6b is the inner quartz tube 4. It is installed so that gas is injected into it. In addition, the vacuum pipe (7) is also formed of two exhaust pipes (7a) (7b), one in the same way as the conventional apparatus, the gas reacted in the inner quartz tube (4) and the inner quartz tube (4) It is to be exhausted between the tube 1, and the other is comprised so that the reaction gas in the internal quartz tube 4 can be exhausted directly. Meanwhile, a three-way valve 20 is installed in the middle portion of the exhaust pipes 7a and 7b to exhaust the gas exhausted after the reaction in both directions. Since other configurations constituting the device of the present invention are the same as in the prior art, the same reference numerals are denoted and denoted, and detailed description thereof will be omitted.

이하, 상기한 바와 같은 본 고안에 의한 저압 화학 기상 증착장치의 작용 및 그에 따르는 효과를 살펴본다.Hereinafter, the operation of the low pressure chemical vapor deposition apparatus according to the present invention as described above and the effects thereof will be described.

본 고안의 가장 큰 특징은 막의 증착을 2스텝으로 나누어 진행함으로써 막특성 및 균일성을 향상시키고, 또한 상,하측의 웨이퍼에서 불순물의 농도가 균일하도록 하는 것인바, 구체적으로 보면, 반응가스는 공기구동밸브(30a)의 열림에 의해 가스노즐(6a)을 통하여 내부 석영관(4)내로 분사되어 내부에 적재된 웨이퍼에 막을 증착시키면서 상승하여 내부 석영관(4)과 외부 석영관(1) 사이로 배출된다. 이때 배기가스는 플랜지(5)의 상부에 위치한 배기관(7a)을 통하여 배출되고 쓰리웨이밸브(20)는 상측의 배기가스가 배출되도록 열리게 된다. 즉 상기와 같이, 반응가스가 반응관의 하부에서 유입되어 증착완료후 내부 석영관(4)과 외부 석영관(1)사이로 배출되는 것이 1스텝증착이다.The greatest feature of the present invention is to improve the film properties and uniformity by dividing the deposition of the film into two steps, and to make the concentration of impurities in the upper and lower wafers uniform. Specifically, the reaction gas is air By opening the drive valve 30a, the gas is injected into the inner quartz tube 4 through the gas nozzle 6a and ascends while depositing a film on the wafer loaded therein, between the inner quartz tube 4 and the outer quartz tube 1. Discharged. At this time, the exhaust gas is discharged through the exhaust pipe (7a) located in the upper portion of the flange (5) and the three-way valve 20 is opened to discharge the upper exhaust gas. That is, as described above, the reaction gas is introduced from the lower part of the reaction tube and discharged between the inner quartz tube 4 and the outer quartz tube 1 after deposition is completed.

다음에는 반응가스를 다른 가스노즐(6b)을 통하여 외부 석영관(1)과 내부석영관(4)사이로 분사시켜 석영관의 상부에서 내부 석영관(4)내로 반응가스가 유입되고록 한다. 이때 상부에서 내부로 유입되는 가스는 웨이퍼(12)에 증착이 되고, 하부로 내려와 플랜지(5) 측방의 하부에 위치한 배기관(7b)을 통하여 배출된다. 이때 쓰리웨이밸브(20)는 하방 배관의 가스가 배출되도록 열리게 된다. 이것이 2스텝 증착이다.Next, the reaction gas is injected between the outer quartz tube 1 and the inner quartz tube 4 through another gas nozzle 6b so that the reaction gas flows into the inner quartz tube 4 from the top of the quartz tube. At this time, the gas flowing from the top to the inside is deposited on the wafer 12, and descends to the bottom and is discharged through the exhaust pipe 7b located on the lower side of the flange 5 side. At this time, the three-way valve 20 is opened to discharge the gas of the down pipe. This is a two step deposition.

이와 같이 반응가스가 상하방에서 교차로 흐르면서 증착이 이루어짐으로써 반응온도를 위치에 따라 다르게 설정할 필요없이 동일한 온도에서 균일한 막을 증착시킬 수 있다. 따라서 막특성이 향상된다. 특히 불순물이 주입된 막을 증착시킬 경우에는 상하측에 위치한 웨이퍼에서 균일한 불순물농도를 유지할 수 있다.As the reaction gas flows in the up and down intersections, the deposition is performed, and thus a uniform film may be deposited at the same temperature without having to set the reaction temperature differently according to the position. Therefore, the film characteristic is improved. In particular, when the impurity-implanted film is deposited, it is possible to maintain a uniform impurity concentration in the upper and lower wafers.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 고안에 의하면, 동일한 온도에서 막의 증착이 가능하므로 막특성 및 균일성를 향상시킬 수 있고, 또 반응가스가 상하방에서 교차로 흐르면서 막의 증착이 이루어짐으로써 막내에 함유된 불순물의 농도를 균일하게 유지하면서 쉽게 농도 조절이 가능한 효과도 있다. 또한 종래 장치체서 막특성의 향상 및 불순물 농도를 균일하게 맞추기 위해 밀폐형 보트나 보트 회전등 장치를 복잡하게 만들 필요 없어지 르 원 절감에 도움이 된다.As described in detail above, according to the present invention, since the film can be deposited at the same temperature, the film properties and uniformity can be improved, and the reaction gas flows from the top and the bottom to make the film deposited, so that the impurities contained in the film can be deposited. There is also an effect that can easily adjust the concentration while maintaining a uniform concentration. In addition, in order to improve the film properties of the conventional device and to uniformly adjust the impurity concentration, it is not necessary to complicate the device such as a closed boat or boat rotation, which helps to reduce the circle.

Claims (1)

복수개의 웨이퍼를 수용하는 반응실을 구성하는 내,외부 석영관과, 상기 반응실을 가열하는 히터와, 상기 반응실에 반응가스를 공급하는 가스공급수단과, 배기수단을 구비하여 반응가스의 열분해 및 화학반응에 의해 웨이퍼 표면에 불순물이 주입된 박막을 증착시키는 저압 화학 기상 증착장치를 구성함에 있어서, 상기 가스공급수단을 내부 석영관에 가스를 공급하는 제1가스노즐과 내,외부 석영관 사이에 가스를 공급하는 제2가스 노즐로 분리하여 반응가스가 반응실의 상,하방에서 교차되어 흐르도록 하고, 반응후 반응가스가 상,하방에서 교차로 배기되도록 2개의 배기관으로 배기수단을 형성하여 2스텝 증착이 이루어지도록 구성한 것을 특징으로 하는저압 화학 기상 증착장치.Pyrolysis of the reaction gas includes an internal and external quartz tube constituting a reaction chamber accommodating a plurality of wafers, a heater for heating the reaction chamber, gas supply means for supplying a reaction gas to the reaction chamber, and exhaust means. And a low pressure chemical vapor deposition apparatus for depositing a thin film implanted with impurities on a wafer surface by a chemical reaction, wherein the gas supply means is provided between a first gas nozzle supplying gas to an internal quartz tube and an internal and external quartz tube. It is separated by a second gas nozzle for supplying gas to the reaction gas so that the reaction gas flows up and down in the reaction chamber, and after the reaction, exhaust means are formed by two exhaust pipes so that the reaction gas is exhausted from the upper and lower sides. Low pressure chemical vapor deposition apparatus, characterized in that configured to be step deposition.
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