KR100478744B1 - suscetpor and manufacturing method the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 내부에 히터(heater)가 실장된 서셉터(susceptor) 표면에 박막을 증착하는 서셉터 제조방법 및 상기와 같은 방법으로 제조된 서셉터에 관한 것으로, 챔버(chamber)를 구비하여 상기 서셉터를 상기 챔버 내에 설치하고, 상기 히터를 발열하는 단계와; 제 1 반응가스를 상기 챔버 내로 인입하여 상기 서셉터의 표면에 흡착시키는 제 1 서브(sub)단계와; 제 1 퍼지(purge)가스를 상기 챔버 내로 인입하여 상기 서셉터 표면에 흡착된 제 1 반응가스를 제외한 잔류 제 1 반응가스를 제거하는 제 2 서브단계와; 제 2 반응가스를 상기 챔버 내로 인입하여 상기 서셉터 표면에 흡착된 상기 제 1 반응가스와 반응시켜 박막을 증착하는 제 3 서브단계와; 제 2 퍼지가스를 상기 챔버 내로 인입하여, 상기 챔버 내에 잔류하는 제 2 반응가스를 제거하는 제 4 서브 단계를 포함하는 서셉터 제조방법 및 이를 통해 제조된 서셉터를 제공한다.The present invention relates to a susceptor manufacturing method for depositing a thin film on a susceptor surface having a heater mounted therein, and to a susceptor manufactured by the above method. Installing a susceptor in the chamber and heating the heater; A first sub step of introducing a first reaction gas into the chamber and adsorbing the surface of the susceptor; A second sub-step of introducing a first purge gas into the chamber to remove residual first reactant gas except for the first reactant gas adsorbed on the susceptor surface; A third sub-step of introducing a second reaction gas into the chamber to react with the first reaction gas adsorbed on the susceptor surface to deposit a thin film; It provides a susceptor manufacturing method comprising a fourth sub-step to remove a second reaction gas remaining in the chamber by introducing a second purge gas into the chamber and a susceptor manufactured through the same.
Description
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 밀폐된 반응용기인 챔버(chamber)의 내부에 실장되어, 그 상면에 안착되는 웨이퍼(wafer)를 지지 및 가열하는 서셉터(susceptor)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly, to a susceptor mounted on an inside of a chamber, which is a sealed reaction vessel, for supporting and heating a wafer seated on an upper surface thereof. will be.
근래에 들어 과학이 발달함에 따라 새로운 물질의 개발 및 처리를 가능하게 하는 신소재 분야가 급속도로 발전하였고, 이러한 신소재 분야의 개발 성과물은 반도체 산업의 비약적인 발전 원동력이 되고 있다.In recent years, with the development of science, the field of new materials, which enables the development and processing of new materials, has been rapidly developed, and the development results of these materials are driving the development of the semiconductor industry.
반도체 소자란, 통상 기판인 웨이퍼(wafer)의 상면에 수 차례에 걸친 박막의 증착 및 이의 패터닝(patterning) 등의 처리공정을 통해 구현되는 고밀도 집적회로(LSI: Large Scale Integration)로서, 이러한 박막의 증착 및 패터닝 등의 공정은 챔버(chamber)형 프로세스 모듈(process module) 내에서 이루어지는 것이 일반적이다.A semiconductor device is a large scale integration (LSI), which is realized through a process of depositing and patterning a plurality of thin films on the upper surface of a wafer, which is a substrate. Processes such as deposition and patterning are typically performed in a chamber type process module.
이에 챔버형 프로세스 모듈은 목적하는 공정에 따라 다양한 형태를 가질 수 있지만 구성에 있어서 다수의 공통요소를 가지고 있는 바, 이하 이의 일례로, 상단이 돔(dome) 형상을 가지는 챔버를 포함하는 반도체 제조용 프로세스 모듈에 대하여 설명한다.The chamber-type process module may have a variety of shapes depending on the desired process, but has a plurality of common elements in the configuration, as an example thereof, a process for manufacturing a semiconductor including a chamber having an upper dome shape The module will be described.
도 1은 일반적인 챔버형 프로세스 모듈의 개략 단면도로서, 이는 크게 내부에 밀폐된 반응영역을 정의하고 있어, 상기 반응영역 내로 인입되는 웨이퍼(1)의 상면에 박막을 증착하거나 또는 기(旣) 증착된 박막을 패터닝하는 등 직접적인 웨이퍼 처리공정이 진행되는 챔버(chamber)(20)와, 이러한 챔버(20)에서 진행되는 처리공정에 필요한 소스(source) 및 반응물질을 저장하며, 이를 챔버(20)로 공급하는 소스 및 반응물질저장장치(40)로 구분될 수 있다.FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a general chamber type process module, which defines a reaction region enclosed therein largely so that a thin film or pre-deposited film is deposited on the upper surface of the wafer 1 introduced into the reaction region. A chamber 20 in which a direct wafer processing process is performed, such as patterning a thin film, and a source and a reactant required for a processing process performed in the chamber 20, are stored, and this is returned to the chamber 20. The supply source and the reactant storage device 40 may be divided.
이에 챔버(20)는 소스 및 반응물질저장장치(40)에 연결되는 유입관(22)과, 내부의 기체물질을 배출하는 배출관(24) 및 이의 말단에 설치되는 펌프(P) 등의 감압수단을 포함하고 있으며, 특히 챔버(20)의 내부에는 웨이퍼(1)를 지지 및 가열하는 서셉터(30)가 실장되어 있다.The chamber 20 is a pressure reducing means such as an inlet pipe 22 connected to the source and the reactant storage device 40, a discharge pipe 24 for discharging the gaseous material therein and a pump (P) installed at the end thereof. In particular, a susceptor 30 for supporting and heating the wafer 1 is mounted inside the chamber 20.
따라서 외부로부터 웨이퍼(1)가 로딩(loading)되어 서셉터(30)의 상면에 안착된 후 챔버(20)가 밀폐되면, 배출관(24)의 말단에 부설된 펌프(P) 등의 감압수단을 통해 챔버(20) 내부를 고유환경으로 조성한 후, 이어 유입관(22)을 통해 챔버(20) 내로 공급되는 소스 및 반응물질의 화학반응을 통해 웨이퍼(1)를 처리하게 된다.Accordingly, when the chamber 20 is sealed after the wafer 1 is loaded from the outside and seated on the upper surface of the susceptor 30, the decompression means such as the pump P installed at the end of the discharge pipe 24 is removed. After the interior of the chamber 20 is formed in a unique environment, the wafer 1 is processed through a chemical reaction of a source and a reactant supplied into the chamber 20 through the inlet pipe 22.
이때 전술한 소스 및 반응물질저장장치(40)로부터 유입관(22)을 통해 챔버(20) 내부로 공급되는 기체물질은, 통상 챔버의 내부에 설치되는 인젝터(26)에 의하여 반응영역 전(全) 면적으로 고르게 확산되는 바, 비록 도면에는 웨이퍼(1)의 직상부에서 그 하단으로 기체물질을 분사하는 탑 플로우(top flow) 방식의 인젝터가 도시되어 있지만, 목적에 따라 샤워헤드(shower head) 또는 사이드 플로우(side flow) 방식의 인젝터 등이 사용될 수 도 있다.At this time, the gaseous material supplied into the chamber 20 through the inlet pipe 22 from the above-described source and reactant storage device 40 is normally transferred to the entire reaction zone by the injector 26 installed inside the chamber. Although it is shown that the top flow injector sprays the gaseous material directly from the upper part of the wafer 1 to the lower part of the wafer 1, the shower head may be distributed according to the purpose. Alternatively, a side flow injector may be used.
한편 전술한 구성을 가지는 챔버(20)에 실장되어 웨이퍼(1)를 지지 및 가열하는 서셉터(30)에 대해 좀 더 상세히 설명하면, 이는 챔버(20)의 내부에서 진행되는 반도체 제조공정 중 웨이퍼(1)를 안정적으로 지지하는 웨이퍼 테이블(wafer table)의 역할을 함과 동시에, 보다 균일하고 신뢰성 있는 공정진행을 위해 그 내부에는 고온으로 발열하는 히터(heater)(32)를 포함하고 있다.Meanwhile, the susceptor 30 that is mounted in the chamber 20 having the above-described configuration and supports and heats the wafer 1 will be described in more detail, which is a wafer during the semiconductor manufacturing process performed in the chamber 20. In addition to acting as a wafer table for stably supporting (1), a heater 32 is generated inside the heater 32 for generating a more uniform and reliable process.
이에 서셉터를 이루는 재질로는 내열성이 큰 물질이 사용될 필요가 있는데, 통상 타(他) 금속에 비해 비교적 저렴한 가격을 가지고 있어 구성비용을 절감할 수 있는 니켈, 크롬, 티타늄, 철(nickel, iron, chromium, iron) 등의 합금 물질인 인코넬(inconnel) 금속이 흔히 사용되어 왔다. As a susceptor, a material having a high heat resistance needs to be used. Nickel, chromium, titanium, iron (nickel, iron), which can reduce the construction cost because it is relatively inexpensive compared with other metals Inconnel metals, alloy materials such as chromium and iron, have been commonly used.
그러나 이러한 인코넬 금속으로 이루어지는 보통의 서셉터는, 공정온도가 350℃ 이상이 될 경우 인코넬 금속의 구성성분인 니켈, 크롬(Ni, Cr) 등의 중금속이 표면으로 확산되는 현상이 발생하게 되고, 이에 의하여 웨이퍼가 오염되는 단점을 가지고 있다. However, in the case of the usual susceptor made of Inconel metal, when the process temperature is 350 ° C. or higher, heavy metals such as nickel and chromium (Ni, Cr), which are components of Inconel metal, are diffused to the surface. There is a disadvantage that the wafer is contaminated.
이에 350℃ 이상의 고온 공정에서는, 통상 전술한 인코넬 금속재질의 서셉터 외면에 그래파이트 재질의 박막을 코팅하거나, 또는 도시한 바와 같이 웨이퍼(1)가 안착되는 서셉터(30)의 상면을 그래파이트 재질 커버(cover)(34)로 덮어 그 위에 웨이퍼(1)를 안착시키는 방법이 사용되기도 하는데, 이 역시 여러 가지 문제점을 나타내고 있는 실정이다.In the high temperature process of 350 ° C. or higher, a graphite thin film is usually coated on the outer surface of the susceptor made of Inconel metal, or as shown, the upper surface of the susceptor 30 on which the wafer 1 is seated is covered with graphite. A method of covering the cover 34 and seating the wafer 1 thereon is also used, which also presents various problems.
이 중 한 가지 예로서, 챔버(20) 내에서 이루어지는 반도체 제조공정에는 통상 기체물질 간의 화학반응 특성이 이용됨은 전술한 바 있는데, 이때 생성되는 반응생성물은 대상물인 웨이퍼(1) 뿐만 아니라 서셉터(30)를 비롯한 챔버(20) 내부 곳곳에 융착되어 맺히게 된다. As one example of this, in the semiconductor manufacturing process performed in the chamber 20, the chemical reaction properties between gaseous materials are generally used, and the reaction product generated here is not only the wafer 1, but also the susceptor (object). 30 is fused to the inside of the chamber 20, including.
이때 이러한 융착물질을 방치하고 공정을 진행할 경우에 이들은 파쇄되어 분진(particle)의 형태로 챔버(20)의 반응영역을 부유하게 되고, 특히 고도의 청정한 환경을 요구하는 반도체 제조공정에서 이러한 불순물은 소자의 신뢰성을 저하시키는 치명적인 요소로 작용하게 된다.In this case, when the fusion material is left and the process is performed, they are crushed to float the reaction region of the chamber 20 in the form of particles. Particularly, in the semiconductor manufacturing process requiring a highly clean environment, such impurities may be It will act as a lethal factor to reduce the reliability of.
따라서 수 내지 수십 매의 웨이퍼(1)를 처리한 후에는, 주기적으로 챔버(20) 내부 잔류물질을 제거하는 세정 공정이 필수적으로 진행되어야 하는데, 이러한 세정공정은 일반적으로 챔버(20)의 내부를 450℃ 이상의 고온으로 가열한 상태에서 ClF4, NF3 등의 기체물질을 유입시켜, 이들 잔류물질을 건식으로 식각하여 제거하는 방법이 사용되고 있다.Therefore, after processing several to several tens of wafers 1, a cleaning process for periodically removing residual material in the chamber 20 must be performed. This cleaning process is generally performed inside the chamber 20. A gaseous substance such as ClF 4 or NF 3 is introduced while heated to a high temperature of 450 ° C. or higher, and a method of dry etching and removing these residual substances is used.
그러나 이때 서셉터(30)의 표면에 위치하는 그래파이트 재질의 박막 또는 커버(34)는 구성이 치밀하지 못한 특성을 가지고 있어, ClF4, NF3 등의 가스물질에 노출된 상태에서 200℃ 이상으로만 가열되어도 하지성분인 인코넬 금속이 부식되는 현상이 빈번하게 관찰된다.However, at this time, the graphite film or the cover 34 positioned on the surface of the susceptor 30 has a dense characteristic, and is exposed to a gas material such as ClF 4 or NF 3 to 200 ° C. or more. Even when heated, it is frequently observed that the underlying Inconel metal is corroded.
이에 전술한 그래파이트 재질의 박막 코팅층 또는 커버를 포함하는 서셉터를 채용할 경우 200℃ 이하의 제한된 범위에서 챔버의 세정이 이루어질 수밖에 없고, 이보다 높은 온도에서는 고가의 AlN 재질로 이루어진 서셉터를 사용해야만 하는 실정이다.Therefore, when the susceptor including the above-described graphite thin film coating layer or cover is employed, the chamber may be cleaned in a limited range of 200 ° C. or lower, and at a higher temperature, a susceptor made of expensive AlN material must be used. It is true.
그러나 이러한 AlN 금속은 매우 고가의 소자임과 동시에, 내열성에 있어서도 450℃ 이상으로 가열될 경우 여러 가지 단점을 나타내고 있는 바, 결국 이러한 서셉터를 이루는 재질의 한계는 반도체 제조장치의 신뢰성 있는 세정을 불가능하게 하는 원인이 되고 있다. However, these AlN metals are very expensive devices and exhibit various disadvantages when heated to more than 450 ° C. in terms of heat resistance. Consequently, the material limitation of the susceptor is impossible to reliably clean the semiconductor manufacturing apparatus. It is causing you to.
또한 이러한 반도체 제조장치의 불완전한 세정은 결국 반도체 제조공정을 오염시켜 소자의 신뢰성을 크게 위협하고 있는 실정이다.In addition, such an incomplete cleaning of the semiconductor manufacturing apparatus contaminates the semiconductor manufacturing process, which threatens the reliability of the device.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 높은 내열성을 가지고 있어 고온 공정에서도 자유로이 사용이 가능함은 물론, 보다 저가로 구현할 수 있는 서셉터 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the above problems, and has an object of providing a susceptor and a method of manufacturing the same, which can be freely used, and can be implemented at a low cost since it has high heat resistance.
이에 본 발명은 내부에 히터(heater)가 실장된 서셉터(susceptor)로서, 인코넬(inconnel) 금속 재질의 골격과; 상기 골격의 외면에 코팅된 산화알루미늄(Al2O3) 층을 포함하는 서셉터를 제공하는 바, 이때 상기 산화알루미늄(Al2O3) 층의 두께는 0 초과 100 마이크로미터(㎛) 이하인 것을 특징으로 한다.Accordingly, the present invention provides a susceptor having a heater mounted therein, the skeleton being made of an Inconnel metal; It provides a susceptor comprising an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) layer coated on the outer surface of the skeleton, wherein the thickness of the aluminum oxide (Al 2 O 3 ) layer is greater than 0 and less than 100 micrometers (μm) It features.
또한 본 발명은 내부에 히터(heater)가 실장된 서셉터(susceptor) 표면에 박막을 증착하는 서셉터 제조방법으로서, 챔버(chamber)를 구비하여 상기 서셉터를 상기 챔버 내에 설치하고, 상기 히터를 발열하는 단계와; 제 1 반응가스를 상기 챔버 내로 인입하여, 상기 서셉터의 표면에 흡착시키는 제 1 서브(sub)단계와; 제 1 퍼지(purge)가스를 상기 챔버 내로 인입하여, 상기 서셉터 표면에 흡착된 제 1 반응가스를 제외한 잔류 제 1 반응가스를 제거하는 제 2 서브단계와; 제 2 반응가스를 상기 챔버 내로 인입하여, 상기 서셉터 표면에 흡착된 상기 제 1 반응가스와 반응시켜 박막을 증착하는 제 3 서브단계와; 제 2 퍼지가스를 상기 챔버 내로 인입하여, 상기 챔버 내에 잔류하는 제 2 반응가스를 제거하는 제 4 서브 단계를 포함하는 서셉터 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention is a susceptor manufacturing method for depositing a thin film on the surface of a susceptor (heater) mounted inside the heater, the chamber is provided with a chamber (chamber) to install the susceptor in the chamber, the heater Exothermic; A first sub step of introducing a first reaction gas into the chamber and adsorbing the surface of the susceptor; A second sub-step of introducing a first purge gas into the chamber to remove the remaining first reactive gas except for the first reactive gas adsorbed on the susceptor surface; A third sub-step of introducing a second reaction gas into the chamber and reacting with the first reaction gas adsorbed on the susceptor surface to deposit a thin film; And a fourth sub-step of introducing a second purge gas into the chamber to remove the second reaction gas remaining in the chamber.
이때 상기 제 1 내지 제 4 서브단계를 순차적으로 수 차례 반복하는 것을 특징으로 하는데, 이때 상기 서셉터는 인코넬(inconnel) 금속 재질이고, 상기 박막은 산화알루미늄(Al2O3)인 것을 특징으로 한다. 이때 특히 상기 제 1 반응가스는 티엠에이(TMA : Trimethylaluminum)이고, 상기 제 2 반응가스는 수증기(H2O), 오존(O3), 이산화인(O2P) 중 선택된 하나이며, 상기 제 2 및 제 4 퍼지가스는 아르곤(Ar)인 것을 특징으로 하는 바, 상기 히터의 발열온도는 250℃ 이하인 것을 특징으로 한다.In this case, the first to fourth sub-steps are sequentially repeated several times, wherein the susceptor is an inconnel metal material, and the thin film is aluminum oxide (Al 2 O 3 ). . In this case, in particular, the first reaction gas is TMA (Trimethylaluminum), and the second reaction gas is one selected from water vapor (H 2 O), ozone (O 3 ), and phosphorus dioxide (O 2 P). The second and fourth purge gas is characterized in that the argon (Ar), the heat generating temperature of the heater is characterized in that less than 250 ℃.
또한 상기 박막의 두께는 0 보다 크고 100 마이크로미터(㎛) 이하인 것을 특징으로 하는 바, 이하 본 발명에 대한 올바른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.In addition, the thickness of the thin film is greater than 0, characterized in that less than 100 micrometers (μm), the following will be described in detail with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 서셉터(130)가 설치된 챔버형 프로세스 모듈의 일례로서, 상단이 돔(dome) 형상을 가지는 챔버(120)를 포함하는 챔버형 프로세스 모듈을 도시한 개략 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view of a chamber-type process module including a chamber 120 having an upper dome shape as an example of a chamber-type process module provided with the susceptor 130 according to the present invention.
이러한 본 발명에 따른 서셉터(130)가 설치된 챔버형 프로세스 모듈은, 각각 내부에 웨이퍼(1)가 안착되는 밀폐된 반응영역을 정의하는 챔버(120)와, 상기 챔버(120)의 내부로 공급되는 기체물질을 저장하는 소스 및 반응물질저장장치(140)로 구분될 수 있는데, 이에 챔버(120)는 소스 및 반응물질저장장치와 연결되는 유입관(122)과, 챔버(120) 내부의 기체물질을 배출하는 배출관(124) 및 이의 말단에 설치되는 펌프(P) 등의 감압 수단을 포함하고 있음은 일반적인 경우와 동양(同樣)이라 할 수 있을 것이다.The chamber-type process module in which the susceptor 130 according to the present invention is installed includes a chamber 120 and a chamber 120 defining a sealed reaction area in which the wafer 1 is seated, respectively, and supplied into the chamber 120. It may be divided into a source for storing the gaseous material and the reactant storage device 140, the chamber 120 is connected to the source and the reactant storage device 122 and the gas inside the chamber 120 It may be said to include the pressure reducing means such as a discharge pipe 124 for discharging the substance and a pump (P) installed at the end thereof.
또한 이와 같이 유입관(122)을 통해 챔버(120) 내부로 공급되는 기체물질을 반응영역 전(全) 면적으로 고르게 확산시키기 위하여, 챔버(120)의 내부로 인입된 유입관(122)의 말단에는 인젝터(126)가 설치되는 것이 바람직한데, 이때 비록 도면에는 웨이퍼(1)의 직상부에서 그 하단으로 기체물질을 분사하는 탑 플로우(top flow) 방식의 인젝터(126)가 도시되어 있지만, 목적에 따라 샤워헤드(shower head) 또는 사이드 플로우(side flow) 방식의 인젝터 등이 사용될 수 있음은 당업자에게는 자명한 사실일 것이다.In addition, in order to evenly diffuse the gaseous material supplied into the chamber 120 through the inlet tube 122 to the entire area of the reaction zone, the end of the inlet tube 122 introduced into the chamber 120. It is preferable that an injector 126 is installed in this case, although a top flow injector 126 for injecting a gaseous material from the upper portion of the wafer 1 to the lower end thereof is shown. It will be apparent to those skilled in the art that a shower head or a side flow injector may be used.
이때 전술한 구성을 가지는 챔버(120)에는 본 발명에 따른 서셉터(130)가 설치되어 그 상면에 안착되는 웨이퍼(1)를 지지 및 가열하게 되는 바, 이를 위해 서셉터(130)의 내부에 고온으로 발열하는 히터(132)가 실장되어 있음은 일반적인 경우와 유사하지만, 특히 본 발명에 따른 서셉터(130)는 그 표면에 코팅된 산화알루미늄(Al2O3) 박막이 포함되는 것을 특징으로 한다.At this time, in the chamber 120 having the above-described configuration, the susceptor 130 according to the present invention is installed to support and heat the wafer 1 seated on the upper surface thereof, and for this purpose, the susceptor 130 is provided inside the susceptor 130. The heater 132 that generates heat at a high temperature is similar to a general case, but in particular, the susceptor 130 according to the present invention is characterized in that a thin film of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is coated on the surface thereof. do.
즉, 도 2의 III-III 선을 따라 절단한 부분의 단면을 도시한 일부단면도인 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 서셉터(130)의 골격은 인코넬(inconnel) 금속으로 이루어지는 것으로, 특히 이러한 인코넬 금속의 외면으로는 산화알루미늄(Al2O3) 박막(130a)이 증착되어 있는 것을 특징으로 한다.That is, as shown in FIG. 3, which is a partial cross-sectional view showing a cross section of a portion cut along the line III-III of FIG. 2, the skeleton of the susceptor 130 according to the present invention is made of an inconnel metal. In particular, an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) thin film 130a is deposited on the outer surface of the Inconel metal.
이때 이러한 산화알루미늄(Al2O3) 박막(130a)의 두께(K)는 목적에 따라 자유로이 조절될 수 있지만, 바람직하게는 0 초과 100 마이크로미터(㎛) 이하인 것이 유리한 바, 이와 같이 인코넬 금속의 외면에 산화알루미늄(Al2O3) 박막(130a)을 증착하기 위하여, 본 발명은 원자층증착방법을 사용하는 것을 특징으로 한다.At this time, the thickness (K) of the aluminum oxide (Al 2 O 3 ) thin film (130a) can be freely adjusted according to the purpose, but preferably more than 0 to 100 micrometers (μm) is advantageous, as described above In order to deposit the aluminum oxide (Al 2 O 3 ) thin film 130a on the outer surface, the present invention is characterized by using an atomic layer deposition method.
이러한 원자층증착방법(ALD : Atomic Layer Deposition)은 원래 기체물질의 화학반응을 통해 웨이퍼 상면에 박막에 증착하기 위하여 개발된 방법으로서, 특히 고 순도의 박막을 구현할 수 있음과 동시에 균일도(uniformity) 및 스텝커버리지(step coverage) 특성이 탁월한 박막을 구현할 수 있는 장점을 가지고 있어, 현재 널리 사용되고 있는 박막증착방법의 하나이다.Atomic Layer Deposition (ALD) is a method originally developed for depositing a thin film on the upper surface of a wafer through a chemical reaction of a gaseous material. In particular, a high purity thin film can be realized, and uniformity and It has the advantage of realizing a thin film having excellent step coverage (step coverage), it is one of the current thin film deposition method.
이러한 원자층증착방법은 통상 에이엘디(ALD) 방법이라 약칭되기도 하는데, 둘 이상의 기체물질 간에 화학반응을 이용한다는 점에서 일반적인 화학기상증착방법(CVD : Chemical Vapour Deposition)과 유사하다 할 수 있으나, 일반적인 화학기상증착방법이 통상 대상물이 존재하는 반응영역 내로 다수의 기체물질을 동시에 유입시켜, 이의 반응생성물을 대상물의 상방에서 표면으로 쌓여 증착시키는 것과는 달리, 기체물질의 반응이 일어나는 반응위치를 대상물의 표면에만 한정시킨다는 점에서 큰 차이가 있다.The atomic layer deposition method is commonly abbreviated as ALD method, and is similar to the general chemical vapor deposition method in that a chemical reaction between two or more gaseous materials is used. Unlike the chemical vapor deposition method, a plurality of gaseous substances are introduced into a reaction zone in which a target is present at the same time, and the reaction products thereof are stacked on the surface from above and deposited on the surface. There is a big difference in that it is limited only to.
이에 피 증착대상물이 존재하는 반응영역의 내부로 다수의 기체물질을 각각 순차적으로 유입함과 동시에, 각각의 기체물질의 유입단계 전 후로 챔버의 내부 잔류 기체물질을 제거하는 퍼지공정이 필수적으로 요구되는 바, 예를 들어 원자층증착방법을 통해 대상물 표면에 A+B의 화합물로 이루어진 박막을 증착하고자 할 경우에, 이의 공정을 단계별로 설명한다.Therefore, a plurality of gaseous materials are sequentially introduced into the reaction zone in which the object to be deposited is present, and a purge process for removing residual gaseous materials in the chamber before and after each gaseous material is essential. For example, when a thin film of A + B compound is to be deposited on the surface of an object through an atomic layer deposition method, the process thereof will be described step by step.
먼저 대상물이 존재하는 반응영역 내로 A를 포함하는 기체물질을 유입함으로써 대상물의 표면에 A 물질을 흡착되도록 하는 제 1 서브(sub) 단계가 진행되는데, 이후 대상물의 표면에 흡착된 A 물질을 제외한, 반응영역 내의 잔류 기체를 모두 제거하는 제 1 퍼지(purge)인 제 2 서브 단계를 실시하게 된다.First, a first sub step of adsorbing A material on the surface of the object by introducing a gaseous material containing A into the reaction zone in which the object exists, except for the A material adsorbed on the surface of the object, A second sub-step, which is a first purge to remove all residual gas in the reaction zone, is performed.
이를 통해 반응영역 내에 존재하는 잔류기체물질이 모두 제거한 후 이어서 B를 포함하는 기체물질을 반응영역 내로 유입시키는 제 3 서브단계를 진행하게 되는데, 이때 대상물의 표면에는 A 물질의 흡착층이 존재하고 있으므로, 반응영역 내로 유입된 기체물질에 포함된 B 물질의 일부는 이러한 A 물질과 대상물의 표면에서 반응하여 A+B의 화합물 박막을 구성하게 된다. This removes all remaining gaseous substances in the reaction zone and then proceeds to the third sub-step of introducing gaseous materials containing B into the reaction zone, where the adsorption layer of A material is present on the surface of the object. In addition, a part of the B material included in the gaseous material introduced into the reaction zone reacts with the A material on the surface of the object to form a compound thin film of A + B.
이후 챔버 내부에 존재하는 기체물질을 모두 제거하는 제 2 퍼지공정을 제 4 서브단계로 실시하는데, 이러한 제 1 내지 제 4 서브단계를 순서대로 1회 진행할 경우에 대상물의 표면에는 A+B 화합물로 이루어지는 매우 얇은 두께의 박막이 증착되고, 원하는 두께의 박막이 구현될 때까지 전술한 제 1 내지 제 4 서브단계로 정의되는 박막증착 주기를 순차적으로 수 내지 수천 회 반복함으로써 공정을 완료하게 되는 것이다.Thereafter, a second purge process for removing all the gaseous substances present in the chamber is performed as a fourth sub-step. When the first to fourth sub-steps are performed in order, the surface of the object is an A + B compound. The thin film having a very thin thickness is deposited and the process is completed by repeating the thin film deposition cycle defined by the above-described first to fourth sub-steps several to several times sequentially until the thin film having the desired thickness is realized.
그러나 본 발명에서는 이러한 원자층증착방법을 통해 웨이퍼가 아닌 서셉터 표면에 산화알루미늄(Al2O3)박막을 증착하는 것이 특이하다 할 수 있는데, 일반적으로 인코넬 금속은 양극산화 또는 일반적인 박막증착방법으로는 산화알루미늄(Al2O3) 층을 코팅하기 매우 어려운 금속으로 널리 알려져 있다.However, in the present invention, it may be unusual to deposit an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) thin film on the susceptor surface rather than the wafer through such an atomic layer deposition method. In general, Inconel metal is anodized or a general thin film deposition method. Is widely known as a very difficult metal to coat aluminum oxide (Al 2 O 3 ) layers.
이에 본 발명은 원자층증착방법을 사용하여 이를 가능하게 하는 바, 이러한 본 발명에 따른 서셉터 제조방법을 전술한 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.Accordingly, the present invention enables this by using the atomic layer deposition method, and the susceptor manufacturing method according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
도 4는 본 발명에 따른 서셉터(130)의 제조방법을 순서대로 도시한 순서도로서, 최초 내부에 히터(132)가 실장된 인코넬 금속재질의 서셉터(130)를 구비하여 챔버(120)에 설치한 후 밀폐하고, 이어 배출관(124) 및 이의 말단에 부설된 펌프(P)등의 감압수단을 통해 챔버(120)의 내부 압력을 제어하게 된다.4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the susceptor 130 according to the present invention in order, and includes a susceptor 130 made of Inconel metal having a heater 132 mounted therein in a chamber 120. After the installation is sealed, the internal pressure of the chamber 120 is controlled through the pressure reducing means such as the discharge pipe 124 and the pump P installed at the end thereof.
이와 동시에 서셉터(130) 내부의 히터(132)를 발열하여 서셉터(130)가 소정의 온도로 가열되도록 하는데, 이때 특히 히터(132)의 발열 온도는 통상 인코넬 금속의 확산현상이 일어나지 않는 250℃ 이하인 것이 바람직하다.At the same time, the heater 132 inside the susceptor 130 is heated to allow the susceptor 130 to be heated to a predetermined temperature. In this case, the heat generation temperature of the heater 132 is generally 250, in which inconel metal diffusion does not occur. It is preferable that it is degrees C or less.
이후 유입관을 통해 기체물질을 챔버의 내부로 유입하게 되는데, 이때 편의상 최초 유입되는 기체물질을 제 1 소스가스라 하면, 이는 바람직하게는 티엠에이(TMA : Trimethylaluminum) 등의 알루미늄(Al)을 포함하는 기체물질이 사용되는 바, 이러한 제 1 소스가스는 챔버(120)의 내부로 유입되어 상대적으로 높은 온도를 가지는 서셉터(130)의 표면에서 분해되어 알루미늄(Al) 분자만이 서셉터 표면에 흡착되게 된다.(S1)Thereafter, the gaseous material is introduced into the chamber through the inlet pipe. For convenience, the first gaseous gas introduced into the chamber is preferably the first source gas, which preferably includes aluminum (Al) such as TMA (Trimethylaluminum). As the gaseous material is used, the first source gas is introduced into the chamber 120 and decomposed on the surface of the susceptor 130 having a relatively high temperature so that only aluminum (Al) molecules are present on the surface of the susceptor. To be adsorbed (S1).
이후 불활성 가스를 챔버(120) 내부로 유입하여 잔류가스를 제거하는 제 1 퍼지를 실시하게 되는데, 이에 의해 서셉터(130)의 표면에 흡착된 알루미늄(Al) 분자를 제외한 잔류물질은 모두 제거되게 되는 바, 이러한 불활성 가스로는 아르곤(Ar)이 사용될 수 있을 것이다.(S2)Thereafter, a first purge for removing residual gas by introducing an inert gas into the chamber 120 is performed, thereby removing all residual materials except for aluminum (Al) molecules adsorbed on the surface of the susceptor 130. As such an inert gas, argon (Ar) may be used. (S2)
이어 두 번째 기체물질인 제 2 소스가스가 챔버 내로 유입되게 되는데, 이때 이러한 제 2 소스가스로는 바람직하게는 산소를 포함하는 기체, 일례로 H2O, O2P, O3 중 선택된 하나의 기체물질이 사용될 수 있으며, 이는 챔버(120)의 내부에서 전술한 제 1 소스가스과 마찬가지로 상대적으로 온도가 높은 서셉터(130)의 표면에서 분해되어 산소물질 만이 그 표면에 흡착됨으로써, 기(旣) 증착된 알루미늄(Al) 분자와 반응하여 산화알루미늄(Al2O3) 박막을 형성하게 된다.(S3)Subsequently, a second source material, a second source gas, is introduced into the chamber, wherein the second source gas is preferably a gas containing oxygen, for example, one selected from H 2 O, O 2 P, and O 3 . A material may be used, which is decomposed at the surface of the susceptor 130 having a relatively high temperature like the first source gas described above inside the chamber 120, so that only oxygen material is adsorbed on the surface, thereby depositing gas. It reacts with the aluminum (Al) molecules to form an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) thin film (S3).
이후 이러한 서셉터(130)의 표면에 증착된 산화알루미늄(Al2O3) 박막을 제외한 잔류물질을 제거하는 제 2 퍼지를 진행하게 되는 바, 이는 제 1 퍼지와 동일하게 Ar 등의 불활성 가스가 사용될 수 있고(S4), 이러한 각각의 S1, S2, S3, S4 공정을 순차적으로 1회 반복함으로써 본 발명에 따른 서셉터의 제조공정의 1 주기(T1)가 완료되는 것이다.Thereafter, a second purge for removing the residual material except the aluminum oxide (Al 2 O 3 ) thin film deposited on the surface of the susceptor 130 is performed, which is similar to the first purge. One cycle (T1) of the susceptor manufacturing process according to the present invention is completed by repeating each of these S1, S2, S3, S4 processes in sequence once.
이후 전술한 S1, S2, S3, S4 단계와 실질적으로 동일한 S1', S2', S3', S4' 단계로 이루어지는, 본 발명에 따른 서셉터의 제조공정의 2 주기(T2) 를 반복 진행함으로써, 산화알루미늄(Al2O3) 박막의 두께를 좀 더 크게 할 수 있는데, 이때 발명에 따른 서셉터의 표면에 증착되는 산화알루미늄(Al2O3) 박막의 두께는 0 보다 크고 100 마이크로미터(㎛) 보다 같거나 작은 범위에서 자유로이 조절될 수 있는 바, 이는 전술한 제 1 및 제 2 주기(T1, T2) 이후 실질적으로 동일한 공정을 반복하여 진행함으로써 구현할 수 있게 되는 것이다.Thereafter, by repeating two cycles T2 of the manufacturing process of the susceptor according to the present invention, which are made of the steps S1 ', S2', S3 'and S4', which are substantially the same as the above-described steps S1, S2, S3, and S4, There can be more significantly the thickness of the aluminum oxide (Al 2 O 3) thin film, wherein the document is an aluminum oxide deposited on the surface of the susceptor according to the invention (Al 2 O 3) the film thickness is large and 100 micro than 0 m (㎛ It can be freely adjusted in the same or smaller range than), which can be implemented by repeating substantially the same process after the above-described first and second period (T1, T2).
본 발명은 내열성이 뛰어난 서셉터 및 이의 제조방법을 제공함으로써 보다 개선된 반도체 제조공정을 가능하게 하는 바, 이때 특히 이러한 서셉터의 골격을 이루는 재질로는 저렴한 인코넬 금속을 사용함에 따라 경제적인 잇점을 함께 가지고 있는 것을 특징으로 한다.The present invention enables a more improved semiconductor manufacturing process by providing a susceptor having excellent heat resistance and a method of manufacturing the same. In this case, the material that forms the skeleton of such a susceptor is economically advantageous as inexpensive inconel metal is used. It is characterized by having together.
특히 이러한 인코넬 금속의 표면에는 내열성이 매우 큰 산화알루미늄(Al2O3) 박막이 증착되게 되는데, 이에 일반적인 서셉터에서 나타나는 여러 가지 한계를 극복하게 되는 장점을 가지게 되는 것이다.In particular, the aluminum oxide (Al2O3) thin film having a very high heat resistance is deposited on the surface of the Inconel metal, which has the advantage of overcoming various limitations of the general susceptor.
즉, 일반적인 반도체 제조공정에 있어서, 저온공정과 고온공정에서 사용되는 서셉터의 종류가 다름에 따라 이에 대응하기 위한 챔버의 분해 및 조립 등의 불필요한 공정을 대폭 축소하는 것이 가능하며, 특히 고온공정에 있어서도 어느 이상의 온도로는 상승시킬 수 없는 한계를 극복하는 매우 우수한 장점을 가지고 있다.That is, in the general semiconductor manufacturing process, as the types of susceptors used in the low temperature process and the high temperature process are different, it is possible to greatly reduce unnecessary processes such as disassembly and assembly of the chamber to cope with the problem. Even though it has a very good advantage of overcoming the limitation that can not be raised to any temperature above.
또한 이러한 서셉터의 표면에 증착되는 산화알루미늄 박막은 그 구성면에 있어서 매우 치밀한 특성을 가지고 있어, NF4 또는 ClF4 등의 기체를 사용하는 세정공정에 별 다른 처리없이 사용 가능함과 동시에, 450℃ 고온에서 세정공정을 진행할 수 있어 챔버의 환경을 보다 개선시킬 수 있는 장점을 가지는 것이다.In addition, the aluminum oxide thin film deposited on the surface of the susceptor has very dense characteristics in terms of its structure, and can be used without any treatment in a cleaning process using a gas such as NF4 or ClF4, and is cleaned at a high temperature of 450 ° C. The process can be carried out to have the advantage of improving the environment of the chamber more.
이에 보다 개선된 반도체 제조공정이 가능하게 되는 바, 이를 통하여 반도체 소자의 신뢰성을 향상시키는 장점을 가지고 있다,As a result, an improved semiconductor manufacturing process is possible, thereby improving the reliability of the semiconductor device.
도 1은 일반적인 반도체 제조용 프로세스 모듈의 개략 단면도1 is a schematic cross-sectional view of a process module for general semiconductor manufacturing
도 2는 본 발명에 따른 서셉터가 설치된 반도체 제조용 프로세스 모듈의 개략 단면도2 is a schematic cross-sectional view of a process module for manufacturing a semiconductor with a susceptor according to the present invention.
도 3은 도 2의 III-III 선을 따라 절단한 부분의 단면을 도시한 부분 단면도3 is a partial cross-sectional view showing a cross section of a portion cut along the line III-III of FIG.
도4는 본 발명에 따른 서셉터 제조방법을 순서대로 도시한 순서도Figure 4 is a flow chart showing a susceptor manufacturing method according to the present invention in order
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