KR100685809B1 - 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 종래에는 기판상에 절연막을 형성할 때, 플라즈마 방식 또는 가열체 방식 중 어느 한 가지만을 이용하여 가스를 분해하고, 상기 분해된 가스를 이용하여 절연막을 형성하였는데, 이 경우 고품질의 절연막을 얻기 힘들다는 단점이 있어 이를 해결하기 위해 플라즈마 방식 및 가열체 방식을 동시에 이용할 수 있는 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다.
본 발명의 화학 기상 증착 장치는 챔버; 상기 챔버 내부의 소정 영역에 위치한 샤워 헤드; 상기 샤워 헤드와 대응하도록 위치하고, 표면에 기판을 장착한 척; 및 상기 샤워 헤드와 척 사이에 위치한 가열체를 포함하며, 상기 샤워 헤드는 제1가스 주입구 및 제2가스 주입구; 상기 제1가스 주입구와 연결된 상기 샤워 헤드 내부의 공동; 상기 공동과 연결되고, 상기 척과 대응하는 샤워 헤드의 표면에 위치한 복수 개의 제1노즐; 및 상기 제1노즐의 하부에 위치하며, ㅂ상기 제2가스 주입구와 연결되고, 상기 척과 대응하는 샤워 헤드의 표면에 위치한 복수 개의 제2노즐로 이루어진 화학 기상 증착 장치에 기술적 특징이 있다.
따라서, 본 발명의 화학 기상 증착 장치는 플라즈마 방식 또는 가열체 방식 중 어느 하나의 방식만을 이용하는 것보다 고품질의 절연막을 얻을 수 있는 효과가 있다.
플라즈마, 가열체, 절연막

Description

화학 기상 증착 장치{Chemical vapor deposition device}
도 1은 종래 기술에 의한 화학 기상 증착 장치의 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 일실시 예의 화학 기상 증착 장치의 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
204 : 공동 205 : 제1가스 주입구
206 : 제2가스 주입구 207 : 샤워 헤드
208 : 기판 209 : 척
210 : 음극 212 : 제1노즐
216 : 제2노즐
본 발명은 화학 기상 증착 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 플라즈마 방식 및 가열체 방식을 동시에 실시하여 고품질의 절연막이 가능한 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다.
플라즈마 분위기는 화학기상증착이나 에칭, 표면처리 등의 박막 관련 분야에서 다양하게 사용되고 있다. 이는 플라즈마 상태가 이들 공정에서 반응의 효율성을 높이고, 유리한 조건 하에서 공정을 수행할 수 있도록 해주는 장점을 가지기 때문이다.
플라즈마가 이용되는 목적에 따라 플라즈마의 형성 방법도 다양하고 이에 따른 플라즈마 형성 장치도 다양하게 개발되고 있다. 최근에는 반도체 제조공정 등에서 공정 효율을 더욱 높일 수 있는 고밀도 플라즈마를 사용하는 플라즈마 처리장치를 이용하는 경우가 증가하고 있다. 고밀도 플라즈마 처리장치로는 공진주파수의 마이크로파를 이용하는 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마 처리장치, 헬리콘(helicon) 또는 휘슬러파(whistler wave)를 이용하는 헬리콘 플라즈마 처리장치 및 고온 저압의 플라즈마를 이용하는 유도결합형(inductively coupled) 플라즈마 처리장치 등이 있다.
화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition) 장치 중 ICP-CVD(Induced Couple Plasma Chemical Vapor Deposition) 장치를 나타낸 단면도인 도 1를 참조하면, 절연체로 이루어져 있고, 진공을 유지할 수 있는 챔버(Chamber)(101), 상기 챔버(101)의 상단 표면에 규칙적으로 배열되고 유도결합형 플라즈마를 발생시키는 안테나(102)를 구비하고 있다. 이때, 상기 안테나(102)에 전원을 공급하는 제1전원(103)이 연결되어 있다.
상기 안테나(102)의 하부에는 챔버(101) 내부로 가스(104)를 주입하는 가스 주입구(105) 및 가스 배관(106)이 위치하고 있다. 이때, 상기 가스 주입구(105)는 일반적으로 샤워 헤드로 형성되는데, 이는 상기 안테나(102)에 의해 형성된 플라즈마에 가스(104)를 균일하게 공급하기 위해서이다.
상기 챔버(101)의 하단부에는 상기 ICP-CVD 장치에 의해 처리되는 피처리물, 즉 기판(107)을 가열, 냉각 또는 고정하는 척(108)이 위치하고, 상기 척(108)에 전원을 공급하는 제2전원(109)이 연결되어 있다. 이때, 상기 제2전원(109)은 상기 척(108)을 가열하기 위한 전원 또는 상기 척(108)이 전극으로의 기능을 갖게 하기 위한 전원으로 이용될 수 있다.
상기 챔버(101)의 측면에는 상기 기판(107)을 상기 챔버(101) 내부 또는 외부로 이송하기 위한 문(110)이 부착되어 있고, 상기 챔버(101)의 공기 또는 가스를 배기하는 진공 펌프(111)를 포함하는 배기구(112)가 부착되어 있다.
그러나, 상기의 화학 기상 장치는 플라즈마 방식만을 이용하여 절연막을 증착함으로서 고품질의 절연막을 얻기 힘들뿐만 아니라 고에너지를 이용하야만 하는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 플라즈마 방식과 가열체 방식을 동시에 수행하여 고품질의 절연막을 형성할 수 있는 화학 기상 증착 장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 챔버; 상기 챔버 내부의 소정 영역에 위치한 샤워 헤드; 상기 샤워 헤드와 대응하도록 위치하고, 표면에 기판을 장착한 척; 및 상기 샤워 헤드와 척 사이에 위치한 가열체를 포함하며, 상기 샤워 헤드는 제1가스 주입구 및 제2가스 주입구; 상기 제1가스 주입구와 연결된 상기 샤워 헤드 내부의 공동; 상기 공동과 연결되고, 상기 척과 대응하는 샤워 헤드의 표면에 위치한 복수 개의 제1노즐; 및 상기 제1노즐의 하부에 위치하며, 상기 제2가스 주입구와 연결되고, 상기 척과 대응하는 샤워 헤드의 표면에 위치한 복수 개의 제2노즐로 이루어진 화학 기상 증착 장치에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 상기 공동 내부의 일측 표면에는 외부의 제1전원과 연결되어 있는 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치에 의해서도 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 또한 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
플라즈마 방식과 가열체 방식을 동시에 실행할 수 있는 화학 증착 장치의 단면도를 나타내는 도 2를 참조하면, 본 발명의 화학 기상 증착 장치는 외부 환경를 완전히 밀폐할 수 있는 챔버(201), 상기 챔버(201)의 소정 영역에 구비되어 상기 챔버(201) 내부의 진공도를 유지하는 펌프(202)를 포함하는 배기구(203), 상기 챔 버(201) 내부에 위치하고, 내부에 플라즈마 발생 영역인 공동(204), 제1가스 주입구(205) 및 제2가스 주입구(206)를 포함하는 샤워 헤드(207) 및 상기 샤워 헤드(207)에 대응하는 위치에 표면에 기판(208)을 장착한 척(209)으로 구성되어 있다.
이때, 상기 샤워 헤드(207)는 외부에서 가스를 주입하기 위한 제1가스 주입구(205) 및 제2가스 주입구(206)를 구비하고 있는데, 상기 제1가스 주입구(205)는 상대적으로 분해에 필요한 에너지가 높은 제1가스를 주입하기 위한 가스 주입구이고, 제2가스 주입구(206)은 상대적으로 분해에 필요한 에너지가 낮은 제2가스를 주입하기 위한 가스 주입구이다.
이때, 상기 주입되는 가스들이 암모니아(NH3) 가스 및 실란(SiH4) 가스일 경우에는, 상기 제1가스는 상기 제2가스에 비해 상대적으로 분해에 필요한 에너지가 높은 가스임으로 암모니아 가스가 되고, 제2가스는 상기 제1가스 보다는 상대적으로 분해에 필요한 에너지가 낮은 가스임으로 실란 가스가 된다. 즉, 상기 제1가스 및 제2가스의 종류는 상기 제1가스와 제2가스가 어떤 종류의 가스인가에 따라 결정되는데, 상기 제1가스와 제2가스를 비교하여 상대적으로 분해에 필요한 에너지가 높은 가스가 제1가스가 되고, 상대적으로 분해에 필요한 에너지가 낮은 가스가 제2가스가 된다.
이때, 상기 제1가스 주입구(205)에 주입된 제1가스는 플라즈마 발생 영역인 상기 공동(204)에 주입되는데, 상기 공동(204)은 공동 내부의 표면에 장착된 전극(210)이 외부의 제1전원(211)에서 공급받은 전원으로 발생시킨 플라즈마 영역임으 로 상기 주입된 제1가스는 상기 플라즈마에 의해 일부가 분해되게 된다.
그리고, 상기 제1가스는 상기 척(209)과 대응하는 샤워 헤드(207)의 표면에 구비된 복수 개의 제1노즐(212)을 통해 챔버(201) 내부로 분사된다.
그리고, 상기 제1노즐(212)에서 분사된 제1가스는 상기 샤워 헤드(207)와 척(209)의 사이에 위치한 가열체(213)을 지나치면서, 상기 가열체(213)에 의해 상기 플라즈마에 의해 분해되지 않은 제1가스를 더 분해하게 된다. 이때, 상기 가열체(213)은 텅스텐으로된 필라멘트로서, 외부의 제2전원(214)에서 인가된 전원에 의해 1000도 이상의 열을 발생시키게 되고, 이 열에 의해 상기 제1가스가 분해되게 된다.
또한, 상기 제2가스 주입구로 주입된 제2가스는 상기 공동(204)에 주입되지 않고, 상기 척(209)과 대응하는 샤워 헤드(207)의 표면에 구비된 제2노즐(216)으로 챔버(201) 내로 직접 분사되고, 상기 분사된 제2가스는 상기 가열체(213)을 지나치면서, 분해되게 된다.
따라서, 상기 제1가스 주입구(205)로 주입된 제1가스는 플라즈마 발생 영역인 공동(204)을 지나면서 소정 양이 분해되고, 제1노즐로 분사되어 챔버(201) 내로 분사된 후, 가열체(213)를 지나면서 한번 더 분해되고, 상기 제2가스 주입구(206)로 주입된 제2가스는 제2노즐(216)을 통해 직접 챔버(201) 내로 분사되고, 분사된 제2가스는 상기 가열체(213)에 의해 분해된 후, 상기 두번 분해된 제1가스와 반응하여 상기 기판(208)상에 소정의 박막을 형성하게 된다.(이때, 상기 박막은 여러 물질이 될 수 있는데, 상기 제1가스 및 제2가스를 적절히 선택하여 절연막뿐만 아 니라 전도막도 형성할 수 있다.) 이때, 상기 제1가스 및 제2가스가 암모니아 가스 및 실란 가스일 경우에는 상기 기판(208)상에 실리콘 질화막을 증착할 수 있다.
이때, 상기 제1노즐(212)은 상기 샤워 헤드(207)의 표면에 균일한 간격으로 배치될 수 있고, 필요한다면 상기 기판(208)에 성막되는 절연막의 균일도를 위해 상기 제1노즐(212)의 간격을 조절할 수 있다. 상기 제2노즐(216)도 상기 제1노즐(216)과 마찬가지로 균일하게 배치될 수도 있고, 필요에 의해 불균일하게 형성할 수도 있다. 이때, 상기 제1노즐(212) 및 제2노즐(216)의 배치는 서로 균일하게 배치되어 제1가스와 제2가스가 균일하게 섞이도록 하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 화학 기상 증착 장치는 플라즈마 방식 또는 가열체 방식 중 어느 하나의 방식만을 이용하는 것보다 고품질의 절연막을 얻을 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (19)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내부의 소정 영역에 위치한 샤워 헤드;
    상기 샤워 헤드와 대응하도록 위치하고, 표면에 기판을 장착한 척; 및
    상기 샤워 헤드와 척 사이에 위치한 가열체를 포함하며,
    상기 샤워 헤드는
    제1가스 주입구 및 제2가스 주입구;
    상기 제1가스 주입구와 연결된 상기 샤워 헤드 내부의 공동;
    상기 공동과 연결되고, 상기 척과 대응하는 샤워 헤드의 표면에 위치한 복수 개의 제1노즐; 및
    상기 제1노즐 하부에 위치하며, 상기 제2가스 주입구와 연결되고, 상기 척과 대응하는 샤워 헤드의 표면에 위치한 복수 개의 제2노즐로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공동 내부의 일측 표면에는 외부의 제1전원과 연결되어 있는 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전극은 상기 제1전원에서 인가된 전원에 의해 공동 내부에 플라즈마를 발생시키는 장치임을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1가스 주입구는 제2가스보다 분해에 필요한 에너지가 높은 제1가스를 주입하는 가스 주입구임을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2가스 주입구는 제1가스보다 분해에 필요한 에너지가 낮은 제2가스를 주입하는 가스 주입구임을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제1가스는 암모니아 가스이고, 상기 제2가스는 실란 가스임을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열체에는 제2전원과 연결되어 있음을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열체는 텅스텐으로 이루어져 있음을 특징을 하는 화학 기상 증착 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열체는 필라멘트임을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열체는 1000도 이상으로 가열됨을 특징으로 화학 기상 증착 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학 기상 증착 장치는 실리콘 질화막을 증착하는 장치임을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 공동 내부에는 플라즈마 영역임을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1노즐은 상기 척과 대응하는 샤워 헤드의 표면에 균일하게 분포하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2노즐은 상기 척과 대응하는 샤워 헤드의 표면에 균일하게 분포하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1노즐 및 제2노즐은 상기 척과 대응하는 샤워 헤드의 표면에 서로 균 일하게 분포하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1가스 주입구에 주입되는 가스는 플라즈마 및 가열체에 의해 분해됨을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2가스 주입구에 주입되는 가스는 가열체에 의해 분해됨을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학 기상 증착 장치는 전도막 또는 절연막을 증착하는 장치임을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학 기상 증착 장치는 실리콘 질화막을 증착하는 장치임을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
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