KR100244915B1 - 반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼 상에 균일도가 높은 막질을 형성할 수 있는 반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치에 관한 것이다.
본 발명은, 반응가스가 공급되는 반응가스 공급구가 형성되고, 상면이 개방되고, 복수의 분산판재가 설치된 분산기가 구비된 반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치에 있어서, 상기 분산판재의 상측 단부를 라운딩처리하거나, 상기 분산판재를 단차지게 설치함을 특징으로 한다.
따라서, 웨이퍼 상에 균일한 막을 형성할 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치{Gas supply apparatus of CVD}
본 발명은 반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 상에 균일도가 높은 막질을 형성할 수 있는 반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치에 관한 것이다.
통상, 웨이퍼 상에 층간절연막을 형성하거나 웨이퍼 상에 형성된 막질을 평탄화시키는 목적으로 화학기상증착공정(Chemical vapor deposition process)을 이용하여 고농도의 오존 및 TEOS(Tetra-Ethyl-Orthosilicate) 가스를 이용하여 USG(Undoped Silicate Glass)막을 형성하고 있으며, 또한 다른 목적을 달성하기 위하여 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등을 화학기상증착공정을 이용하여 형성하고 있다.
상기 화학기상증착공정에 의해서 웨이퍼 상에 형성되는 상기 USG 막 등은 균일도(Uniformity)가 떨어지면 후속되는 CMP(Chemical Mecanical Polishing)공정에 곧바로 영향을 준다.
그러므로, 화학기상증착공정에 의해서 웨이퍼 상에 형성되는 막질의 균일도를 향상시키기 위한 여러가지 방법들이 제안되고 있다.
도1은 오존 및 TEOS를 이용한 USG 막 형성을 위한 종래의 반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치의 개략적인 구성도이다.
도1을 참조하면, 상부에 제 1 유입구(16) 및 제 1 방출구(18)가 형성되고, 일정량의 USG 막 형성액이 담긴 바틀(20)이 설치되어 있다. 상기 제 1 유입구(16)는 상기 바틀(20) 저면까지 연장되고, 질소가스공급원(10)과 연결되고, 유량조절기(14)가 구비된 질소가스 공급라인(12)과 연결되어 있다.
또한, 상부에 제 2 유입구(28) 및 제 2 방출구(30)가 형성된 오존발생기(32)가 설치되어 있다. 상기 제 2 유입구(28)는 산소가스공급원(22)과 연결되고, 유량조절기(26)가 구비된 산소가스 공급라인(24)과 연결되어 있다.
그리고, 상기 제 1 방출구(18)와 제 2 방출구(30)가 하나의 라인으로 연결된 후 연장되어 분산기(36) 하부의 반응가스 공급구(34)와 연결되어 있다.
상기 분산기(36)는 상면이 개방된 입방체 형상으로서 내부에 복수개의 분산판재(38)가 일정하게 서로 이격되며 저면에 대해서 동일한 높이를 가지며 삽입되어 슬롯(Slot)형상을 하고있다. 상기 분산판재(38)는 높이가 낮은 직육면체 형상을 하고 있다.
또한, 분산기(36) 상부에는 진공상태의 유무에 따라 웨이퍼(44)를 흡착하여 잡고 놓는 동작을 수행하고, 복수개의 구멍이 형성된 서셉터(46)가 분산기(36)와 일정한 간격을 두고 설치되어 있다.
그리고, 서셉터(46) 상부에는 서셉터(46)에 흡착된 웨이퍼(44)에 일정한 열을 가하여 웨이퍼 상에 USG 막이 원할히 형성될 수 있도록 하는 히터(48)가 설치되어 있다.
또한, 상기 분산기(36)와 외부로 이격된 위치에 상면이 개방되고, 분산기(36)를 포함하고, 배기가스 방출구(42)가 형성된 외부탱크(40)가 설치되어 있다.
따라서, 질소가스공급원(10)에서 공급되는 질소가스가 질소가스 공급라인(12) 상에 설치된 유량조절기(14)를 통과하며 그 양이 조절되어진 후, 일정량의 USG 막 형성액이 담긴 바틀(20) 저면에 공급됨에 따라 버블(Bubble)이 발생한다.
이에 따라서, 일정량의 USG 막 형성액과 혼합된 질소가스는 제 1 방출구(18)를 통해서 방출된다. 그리고, 산소가스공급원(22)에서 공급되는 일정량의 산소는 산소가스 공급라인(24) 상에 설치된 유량조절기(26)를 통과한 후, 제 2 유입구(28)를 통해서 오존발생기(32)로 공급된다. 오존발생기(32)로 공급된 산소는 오존발생기(32) 내부에서 오존을 발생시키는데 이용된다. 오존발생기(32)에서 발생된 오존은 제 2 방출구(30)를 통해서 방출되어 제 1 방출구(18)를 통해서 방출된 USG 막과 혼합된 질소가스와 혼합되어 분산기(36) 하부의 반응가스 유입구(34)로 공급된다.
반응가스 유입구(34)로 공급된 혼합가스는, 분산기(36) 내부에 삽입된 각 분산판재(38)와 분산판재(38) 사이의 이격된 공간을 통해서 상승한 후, 웨이퍼(44) 상에 공급되어 USG 막을 형성하는데 사용된다. 이때, 웨이퍼(44) 상에는 히터(48)에서 발생한 일정한 열이 가해진다.
또한, 공정이 진행된 후 질소가스와 혼합된 USG 막 형성액 및 오존은, 분산기(36)와 웨이퍼(44) 사이의 이격공간, 분산기(36)와 외부탱크(40) 사이의 이격공간 및 배기가스 방출구(42)를 순차적으로 통과하여 외부로 방출된다.
그런데, 분산기(36) 내부에 삽입된 복수의 분산판재(38)와 분산판재(38) 사이의 이격된 공간을 통해서 웨이퍼(44) 상에 공급되는 반응가스 가운데 분산기(36) 중심부에 설치된 분산판재(38)와 분산판재(38) 사이를 통해서 웨이퍼(44) 상에 공급되는 반응가스는, 분산기(36) 가장자리 부위에 설치된 분산판재(38)와 분산판재(38)를 통과하는 반응가스와 비교하여 분산기(36) 중심부에 정체되는 시간이 길어서 분산판재(38) 상부 단부에 USG 막을 형성시켜 웨이퍼(44)와 분산판재(38) 사이의 이격거리를 감소시켰다.
따라서, 웨이퍼 중심부위에는 가장자리 부위와 비교하여 USG 막질이 두껍게 형성되어 USG 막질의 균일도를 저하시키는 문제점이 있었다. 특히 온도, 반응가스 공급량 등을 조정하여 증착율이 높은 조건을 형성하였을 때는 전술한 문제점이 더 심각하게 나타나고, 전술한 문제점을 해결하기 위하여 분산기를 자주 세정하면 세정시간동안 공정이 진행되지 않으므르 수율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 웨이퍼 상에 균일도가 높은 막질을 형성할 수 있는 반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치를 제공하는 데 있다.
도1은 종래의 반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도2는 본 발명에 따른 반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도3은 본 발명에 따른 반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 질소가스공급원 12 : 질소가스 공급라인
14, 26 : 유량조절기 16 : 제 1 유입구
18 : 제 1 방출구 20 : 바틀
22 : 산소가스공급원 24 : 산소가스 공급라인
28 : 제 2 유입구 30 : 제 2 방출구
32 : 오존발생기 34 : 반응가스 공급구
36 : 분산기 38, 50, 52 : 분산판재
40 : 외부탱크 42 : 배기가스 방출구
44 : 웨이퍼 46 : 서셉터
48 : 히터
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치는, 반응가스가 공급되는 반응가스 공급구가 형성되고, 상면이 개방되고, 상기 상면에는 다수의 반응가스 공급 슬롯을 형성하도록 복수의 분산판재가 설치된 분산기가 구비된 반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치에 있어서, 상기 분산판재의 상측 단부를 라운딩(Rouding)처리함을 특징으로 한다.
상기 분산기 내부 중앙을 기준으로 좌우 양측 방향으로 위치하는 3개 내지 10개의 상기 분산판재의 상측 단부를 라운딩처리할 수도 있다.
상기 복수개의 분산판재는 일정한 거리로 서로 이격되며, 상기 분산기 저면을 기준으로 동일한 높이를 가지며 상기 분산기 내부에 각각 설치됨이 바람직하다.
또한, 상면이 개방되고, 상기 분산기를 외부로 이격되며 상기 분산기를 포함하고, 배기가스 방출구가 형성된 외부탱크가 더 설치될 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 본 발명에 따른 다른 반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치는, 반응가스가 공급되는 반응가스 공급구가 형성되고, 상면이 개방되고, 상기 상면에는 다수의 반응가스 공급 슬롯을 형성하도록 복수의 분산판재가 설치된 분산기가 구비된 반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치에 있어서, 상기 분산판재는 상기 분산기의 중앙부에서 양측 가장자리 부위로 갈수록 상기 분산기 저면을 기준으로 높이가 높아지는 단차를 가지도록 설치됨을 특징으로 한다.
상기 분산기 양측 가장자리 부위에 설치되는 분산판재와 상기 분산기 중앙부에 설치되는 분산판재는 10 ㎜ 이하의 단차를 가지도록 설치됨이 바람직하다.
상기 복수의 분산판재의 상측 단부를 라운딩처리할 수도 있으며, 상기 분산기 내부 중앙을 기준으로 좌우 양측 방향으로 설치된 3개 내지 10개의 상기 분산판재는 상기 분산기의 중앙부에서 가장자리 부위로 갈수록 상기 분산기 저면을 기준으로 높이가 높아지는 단차를 가지도록 설치하거나, 단차진 상기 3개 내지 10개의 분산판재를 라운딩처리 할 수도 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도2는 본 발명에 따른 반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도3은 본 발명에 따른 반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면으로서 도1과 동일한 부품은 동일한 부호로 표시하고 중복되는 구성에 대한 설명은 생략한다.
도2를 참조하면, 상면이 개방된 입방체 형상의 반응가스 분산기(36)가 설치되어 있다. 상기 분산기(36) 상면에는 다수의 반응가스 공급 슬롯을 형성하도록 복수개의 분산판재(50)가 일정하게 서로 이격되며 저면에 대해서 동일한 높이를 가지며 설치되어 있고, 하부에는 질소가스 등의 캐리어(Carrier) 기체와 혼합된 USG 막 형성액 및 오존(O3)이 공급되는 반응가스 유입구(34)가 형성되어 있다.
상기 분산판재(50)는 높이가 낮은 직육면체 형상으로서 분산기(36) 상부쪽으로 향하는 분산판재(50)의 단부는 라운딩(Rouding)처리 되어 있다.
또한, 분산기(36)와 외부로 이격되어 분산기(36)를 포함하고, 하부에 배기가스 방출구(42)가 형성된 외부탱크(40)가 설치되어 있다.
또한, 상기 분산기(36) 상부에는 진공상태의 유무에 따라 웨이퍼(44)를 흡착하여 잡고 놓는 동작을 수행하고, 복수개의 구멍이 형성된 서셉터(46)가 분산기(36)와 일정한 이격거리를 가지고 설치되어 있다.
또한, 상기 서셉터(46) 상부에는 서셉터(46)가 웨이퍼(44)를 흡착하여 잡고 화학기상증착공정이 진행될 때, 웨이퍼(44)에 일정한 열을 가하는 히터(48)가 설치되어 있다.
따라서, 반응가스 유입구(34)를 통해서 캐리어 기체와 혼합된 USG 막 형성액 및 오존이 분산기(36)로 공급된다. 분산기(36)로 공급된 캐리어 기체와 혼합된 USG 막 형성액 및 오존은 분산기(36) 내부에 삽입된 복수개의 분산판재(50)와 분산판재(50) 사이를 통해서 서셉터(46)가 흡착하고 있고, 히터(48)에서 발생한 일정한 열이 가해져 USG 막이 원활히 형성될 수 있는 웨이퍼(44) 상에 공급되어 USG 막을 형성시킨다.
이때, 분산기(36) 중앙부를 통과하는 반응기체는 분산기(36) 중앙부에서 정체되는 시간이 길어서 분산판재(50) 상부에 USG 막질을 형성하나 분산판재(50)의 단부가 라운딩처리되어 있으므로 분산기(50)와 웨이퍼(44)의 이격거리는 증가되지 않는다.
그리고, 공정이 진행된 후 캐리어 기체와 혼합된 USG 막 형성액 및 오존은 분산기(36)와 웨이퍼(44) 사이의 이격공간, 분산기(36)와 외부탱크(40) 사이의 이격공간 및 배기가스 방출구(42)를 순차적으로 통과하여 외부로 방출된다.
또한, 제작자의 의도에 따라서, 분산기(36) 내부 중앙을 기준으로 하여 좌우 양측 가장자리 방향으로 3개 내지 10개의 분산판재는 전술한 라운딩처리된 분산판재(50)를 삽입하고 그 이외의 분산판재는 높이가 낮은 직육면체 형상의 종래의 분산판재를 삽입하여도 웨이퍼 상에 균일한 막질을 형성할 수 있다.
다른 실시예로서, 도3에 도시된 바와 같이 분산기(36) 내부 중앙부에서 단부로 갈수록 분산기(36) 저면을 기준으로 높이가 높아져 10 ㎜ 이하의 단차를 가지며, 높이가 낮은 직육면체 형상의 분산판재(52)를 삽입할 경우에는, 분산기(36) 내부 중앙을 통해서 분산판재(52)와 분산판재(52) 사이로 공급되는 반응가스에 의해서 분산판재(52) 상부 단부에 USG 막질이 형성되어도 분산기(52)와 웨이퍼 사이의 이격거리는 공정에 영향을 미칠정도로 가까워지지 않으므므로 웨이퍼 상에 균일한 막질을 형성할 수 있다.
이때, 제작자의 의도에 따라서 분산기(36) 내부에 단차지게 삽입되는 분산판재(52)의 상부 전체를 라운딩처리하면 웨이퍼 상에 더욱 균일한 막을 형성할 수 있다.
또한, 상기 분산기(36) 내부중앙에 삽입되는 분산판재(52)를 기준으로 좌우 양측 방향으로 3개 내지 10개의 상기 분산판재(52)는 단차지게 정렬하고, 그 이외의 분산판재(52)는 분산기(36) 저면을 기준으로 동일한 높이를 가지도록 설치할 수도 있다.
또한, 상기 분산기(36) 내부중앙에 삽입되는 분산판재를 기준으로 좌우 양측 가장자리 방향으로 3개 내지 10개의 상기 분산판재는 라운딩처리하여 단차지게 정렬할 수도 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 분산기 내부에 삽입되는 분산판재를 라운딩처리하거나, 단차지게 정렬함으로서 웨이퍼 상에 균일한 막질을 형성할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (11)

  1. (정정)반응가스가 공급되는 반응가스 공급구가 밑면에 형성되고 상면이 개방된 분산기의 윗면에는 다수의 반응가스 공급 슬롯을 형성하기 위한 복수의 분산판재가 설치된 반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치에 있어서,
    상기 분산판재의 상측 단부가 라운딩(Rounding) 처리되는 것을 특징으로 하는 반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치.
  2. (정정)제1항에 있어서,
    상기 분산기 내부 중앙을 기준으로 좌우 양측 방향으로 위치하는 3개 내지 10개의 상기 분산판재의 상측 단부가 라운딩 처리되는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 분산판재는 일정한 거리로 서로 이격되도록 설치됨을 특징으로 하는 상기 반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치.
  4. (정정)제3항에 있어서,
    상기 복수개의 분산판재는 상기 분산기 저면을 기준으로 동일한 높이를 가지도록 설치됨을 특징으로 하는 상기 반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치.
  5. (정정)제4항에 있어서,
    상면이 개방되고 상기 분산기의 외면으로부터 소정거리 이격되도록 감싸면서 설치되어 있는 외부탱크가 더 설치됨을 특징으로 하는 상기 반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치.
  6. (정정)제5항에 있어서,
    상기 외부탱크에는 배기가스를 방출하기 위한 배기가스 방출구가 형성됨을 특징으로 하는 상기 반도체 화학기상증착설비의 가스공급장치.
  7. (삭제)
  8. (삭제)
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