KR100432378B1 - Ｈｄｐ－ｃｖｄ 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 HDP-CVD 장치는; 상부가 개방된 하부챔버와, 상기 하부챔버의 상부를 덮는 세라믹돔으로 이루어지는 반응챔버; 상기 하부챔버에 마련되는 가스 배출관; 상기 세라믹돔 외벽을 감싸도록 설치되는 RF 코일; 반응챔버의 외부로부터 상기 세라믹돔의 가장자리 끝부분을 통하여 상기 세라믹돔의 벽 내부로 삽입되어 상기 세라믹돔의 가운데 부분까지 인도된 다음에 상기 세라믹돔의 가운데 부분에서 상기 반응챔버 내부 공간으로 빠져나오도록 설치되는 가스 주입관; 및 기판을 안착시키기 위하여 상기 반응챔버 내에 설치되는 기판 지지대를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 공정가스를 예비가열시킴으로써 밀도가 매우 높은 HDP를 얻을 수 있게 된다. 또한, 공정가스가 반응챔버의 상부 중앙부에서 공급되기 때문에 실질적으로 증착공정이 이루어지는 반응챔버의 중앙부분에서 밀도가 높은 HDP가 형성되게 된다. 따라서, 증착효율이 증가하고 갭을 공극없이 채울수 있게 되는 등 HDP 공정의 장점을 극대화시킬 수 있다.

Description

ＨＤＰ－ＣＶＤ 장치{HDP-CVD apparatus}
본 발명은 HDP(High Density Plasma)-CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치에 관한 것으로서, 특히 공급되는 가스를 예비가열하여 활성화시킴으로써 실질적으로 밀도가 높은 플라즈마를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 반응챔버 내부공간에서 파티클이 발생되는 것을 최소화할 수 있는 HDP-CVD 장치에 관한 것이다.
반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 개별소자 또는 금속배선 사이의 간격이나 STI(shallow trench isolation)의 폭이 더욱 좁아지고 있다. 이렇게 갭(gap)의 종횡비가 증가하면 갭을 공극없이 채우기가 더욱 어려워진다.
최근에는, HDP를 이용하여 높은 종횡비(aspect ratio)를 가지는 갭을 공극없이 절연물로 채우고 있다. HDP를 이용한 박막증착공정에서는 그 증착과정중에 스퍼터링에 의한 식각이 동시에 발생하기 때문에 높은 종횡비를 가지는 갭을 이와같이 공극없이 효과적으로 채울 수 있는 것이다. 이러한 HDP는 반응챔버를 둘러싸는 코일 안테나에 단일 주파수 대역의 RF 또는 여러 주파수 대역의 RF를 적절히 인가함으로써 형성시킬 수 있다. 이렇게 형성된 플라즈마를 ICP(inductively coupled plasma)라고 한다.
도 1은 종래의 HDP-CVD 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 반응챔버(10)는 하부챔버(13)와 세라믹돔(15)으로 이루어지는데, 하부챔버(13)는 상부가 개방되어 있고 세라믹돔(15)은 하부챔버(13)의 개방부를 덮도록 설치된다.
세라믹돔(15)의 외벽에는 RF 전력을 인가받아 반응챔버(10) 내부공간에 HDP를 발생 유지시키는 RF 코일(25)이 감겨져 있다.
반응챔버(10)의 내부공간에는 기판(22)을 안착시키기 위한 기판 지지대(20)가 마련된다. 그리고, 금속재질로 이루어진 하부챔버(13)의 측벽에는 가스 주입관(30)이 설치되며, 하부챔버(13)의 저면에는 가스 배출관(40)이 마련된다.
상술한 종래의 HDP-CVD 장치는, 공정가스가 반응챔버(10)의 측방향에서 공급되기 때문에 반응챔버(10)의 중앙부분이 가장자리 부분에 비해서 상대적으로 공정가스의 밀도가 낮게된다. 즉, 중앙부분의 플라즈마 밀도가 낮게 된다. 따라서, 높은 종횡비를 갖는 캡을 공극없이 채울 수 있다는 등의 HDP 공정의 장점이 제대로 나타나지 않는다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, HDP를 효과적으로 얻을 수 있을 뿐만 아니라 부수적으로 반응챔버 내부공간에서의 파티클 발생을 최소화할 수 있는 HDP-CVD 장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 HDP-CVD 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 HDP-CVD 장치를 설명하기 위한 개략도들이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 >
10, 110: 반응챔버 13, 113: 하부챔버
15, 115: 세라믹돔 20, 120: 기판 지지대
22, 122: 기판 25, 125: RF 코일
30, 130: 가스 주입관 135: 확산기
40: 가스 배출관
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 HDP-CVD 장치는, 상부가 개방된 하부챔버와, 상기 하부챔버의 상부를 덮는 세라믹돔으로 이루어지는 반응챔버; 상기 하부챔버에 마련되는 가스 배출관; 상기 세라믹돔 외벽을 감싸도록 설치되는 RF 코일; 반응챔버의 외부로부터 상기 세라믹돔의 가장자리 끝부분을 통하여 상기 세라믹돔의 벽 내부로 삽입되어 상기 세라믹돔의 가운데 부분까지 인도된 다음에 상기 세라믹돔의 가운데 부분에서 상기 반응챔버 내부 공간으로 빠져나오도록 설치되는 가스 주입관; 및 기판을 안착시키기 위하여 상기 반응챔버 내에 설치되는 기판 지지대를 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 하부챔버의 외측벽을 감싸는 열선을 더 설치할 수도 있다. 이 경우에는, 상기 세라믹돔의 가장자리 끝부분이 상기 하부챔버의 측벽 끝단부에 올려놓여지고, 상기 가스 주입관은 상기 하부챔버의 측벽 내부로 삽입되어 상기 하부챔버의 측벽에 맞닿는 상기 세라믹돔의 가장자리 끝부분을 통하여 상기 세라믹돔의 내부로 삽입되는 것이 바람직하다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 HDP-CVD 장치를 설명하기 위한 개략도들이다.
도 2a를 참조하면, 반응챔버(110)는 하부챔버(113)와 세라믹돔(115), 예컨대 석영돔으로 이루어진다. 여기서, 하부챔버(113)는 상부가 개방되어 있고, 세라믹돔(115)은 하부챔버(113)의 상기 개방부를 덮도록 설치된다. 구체적으로, 세라믹돔(115)의 가장자리 끝부분이 하부챔버(113)의 측벽 끝단부에 올려놓여진다.
세라믹돔(115)의 외벽에는 RF 발전기(미도시)로부터 단일 주파수 대역의 RF 또는 여러 주파수 대역의 RF 전력을 인가받아 반응챔버(110) 내부공간에 HDP를 발생 유지시키는 RF 코일(125)이 감겨져 있다.
반응챔버(110)의 내부공간에는 기판(122)을 안착시키기 위한 기판지지대(120)가 마련된다. 그리고, 금속재질로 이루어진 하부챔버(113)에는 가스 배출관(미도시)이 마련된다.
본 발명의 특징부로서, 가스 주입관(130)은 반응챔버(110)의 외부로부터 하부챔버(113)의 측벽 내부로 삽입되어 하부챔버(113)의 측벽에 맞닿는 세라믹돔(115)의 가장자리 끝부분을 통하여 세라믹돔(115)의 내부로 삽입된 후에 세라믹돔(115)의 가운데 부분까지 인도된 다음에 세라믹돔(115)의 가운데 부분에서 반응챔버(110)의 내부공간으로 빠져나오도록 설치된다. 반응가스가 반응챔버(110)의 내부공간에 균일하게 분산공급되도록 반응챔버(110)의 내부공간으로 빠져나온 가스 주입관(130)의 끝단에는 확산기(diffuser, 135)가 설치된다.
가스 주입관(130)이 세라믹돔(115) 내부에 상당한 길이만큼 내삽되기 때문에, RF 코일(125)에 RF 전력이 인가되면 RF 코일(125)에서 발생하는 열에 의하여 가스 주입관(130)이 어느 정도 가열되게 된다. 따라서, 가스 주입관(130)을 통하여 주입되는 공정가스가 반응챔버(110)의 내부공간으로 분사되기 전에 예비가열(pre-heating)되게 된다.
공정가스가 예비가열되면, 플라즈마 내의 원소들이 열에너지에 의해 더욱 활성화되어 반응성이 증가할 뿐만 아니라 플라즈마의 밀도가 실질적으로 더 증가하게 된다. 따라서, 밀도가 더 높은 HDP를 얻을 수 있게 된다. 예컨대, RF 코일(125)에 2500 내지 3500W의 전력을 인가하면서 가스 주입관(130)을 통하여 20℃의 공정가스를 주입하면, 확산기(135)를 통하여 분사되는 공정가스의 온도는 약 350℃까지 올라가게 된다.
특히, 반응챔버(110)의 내측벽에 붙어 있는 오염물질을 제거하기 위하여 디게싱(degassing) 용으로 하부챔버(113)의 외측벽을 감싸는 열선(미도시)을 더 설치할 수도 있는데, 상기 열선을 공정 진행중에 동작시키게 되면 상술한 예비가열효과가 더 많이 나타나게 된다.
또한, 공정가스가 반응챔버(110)의 상부 중앙부에서 공급되기 때문에 실질적으로 증착공정이 이루어지는 반응챔버(110)의 중앙부분에서 밀도가 높은 HDP가 형성되게 된다. 따라서, 증착효율이 증가하고 갭을 공극없이 채울수 있게 되는 등 HDP 공정의 장점들이 크게 나타나게 된다.
한편, 도 2b에서 처럼 가스 주입관(130)을 세라믹돔(115)에 내삽시키지 않고 반응챔버(110)의 내부공간에 노출되도록 하면, 가스 주입관(130)이 반응챔버(110) 내부공간에 많이 노출되기 때문에 CVD 공정중에 가스 주입관(130)에도 박막이 일부 증착되고 이렇게 증착된 박막은 나중에 박리되어 파티클 소스로 작용하게 되는 문제가 생기게 되어 바람직하지 않다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 HDP-CVD 장치에 의하면, 공정가스를 예비가열시킴으로써 반응성이 향상될 뿐만 아니라 밀도가 매우 높은 HDP를 얻을 수 있게 된다. 또한, 공정가스가 반응챔버(110)의 상부 중앙부에서 공급되기 때문에 실질적으로 증착공정이 이루어지는 반응챔버(110)의 중앙부분에서 밀도가 높은 HDP가 형성되게 된다. 따라서, 증착효율이 증가하고 갭을 공극없이 채울수 있게 되는 등HDP 공정의 장점을 극대화시킬 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (4)

  1. 상부가 개방된 하부챔버와, 상기 하부챔버의 상부를 덮는 세라믹돔으로 이루어지는 반응챔버;
    상기 하부챔버에 마련되는 가스 배출관;
    상기 세라믹돔 외벽을 감싸도록 설치되는 RF 코일;
    반응챔버의 외부로부터 상기 세라믹돔의 가장자리 끝부분을 통하여 상기 세라믹돔의 벽 내부로 삽입되어 상기 세라믹돔의 가운데 부분까지 인도된 다음에 상기 세라믹돔의 가운데 부분에서 상기 반응챔버 내부 공간으로 빠져나오도록 설치되는 가스 주입관; 및
    기판을 안착시키기 위하여 상기 반응챔버 내에 설치되는 기판 지지대를 구비하는 것을 특징으로 하는 HDP-CVD 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하부챔버의 외측벽을 감싸는 열선을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 HDP-CVD 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세라믹돔의 가장자리 끝부분이 상기 하부챔버의 측벽 끝단부에 올려놓여지고, 상기 가스 주입관은 상기 하부챔버의 측벽 내부로 삽입되어 상기 하부챔버의 측벽에 맞닿는 상기 세라믹돔의 가장자리 끝부분을 통하여 상기 세라믹돔의 내부로 삽입되는 것을 특징으로 하는 HDP-CVD 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반응챔버의 내부공간으로 빠져나온 가스주입관의 끝단에 확산기가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 HDP-CVD 장치.
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