KR20000027055A - 화학기상증착장비 및 그 장비를 사용한 화학기상증착방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공정 챔버내 반응가스의 분포를 개선하기 위한 화학기상증착장비 및 그 장비를 사용한 화학기상증착방법에 관한 것으로, 화학기상증착장비는 반도체 웨이퍼의 표면에 박막을 형성시키기 위한 반응로인 공정 챔버와, 공정 챔버로 제 1 반응가스와 제 2 반응가스를 각각 공급하는 제 1, 2 가스라인과, 공정 챔버에 일정한 간격을 두고 설치되고, 제 1 가스라인과 각각 연결되어 공정 챔버내로 제 1 반응가스를 주입시키기 위한 적어도 2개의 제 1 인젝터들 및 공정 챔버에 제 1 인젝터들과 각각 짝을 이루도록 설치되고, 제 2 가스라인과 각각 연결되어 공정 챔버내로 제 2 반응가스를 주입시키기 위한 적어도 2개의 제 2 인젝터들로 이루어진다.

Description

화학기상증착장비 및 그 장비를 사용한 화학기상증착방법(A CHEMICAL VAPOR DEPOSITION APPARATUS AND METHOD OF CHEMICAL VAPOR DEPOSITION USING THE SAME)

본 발명은 화학기상증착장비 및 그 장비를 사용한 화학기상증착방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 공정 챔버내 반응가스의 분포를 개선하기 위한 화학기상증착장비 및 그 장비를 사용한 화학기상증착방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조 공정에 사용되는 장비중에서 박막을 증착하기 위해 사용되는 장비로 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; 이하 'CVD'라 칭함)장비가 있다.

도 1은 상술한 용도로 사용되는 종래 종형 CVD장비를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래 종형 CVD장비(100)의 공정 챔버(110)는 석영 튜브를 사용하는 공정 챔버에 반응 가스들을 각각 공급하기 위한 인젝터들(122,124)을 구비하고 있다. 상기 인젝터들은 플랜지(120)에 설치된다. 그리고 상기 공정 챔버(110)는 외부 튜브(112)와 내부 튜브(114)의 이중구조를 가지고 있다.

통상적인 종형 CVD장비에 있어서, 웨이퍼에 소정의 박막을 증착시키기 위한 공정 조건으로는 히터를 이용한 공정 챔버의 일정한 온도유지와 공정 챔버내 일정한 압력유지 그리고 반응가스의 일정한 플로우량이 있다. 따라서, 이들 공정 조건들을 적절히 조절하면 웨이퍼 위에 증착되는 막질의 균일성을 향상시킬 수 있게 된다. 그 중에서도 종형 CVD장비는 반응 가스의 균일한 플로우량이 막질의 균일성에 가장 큰 영향을 미친다.

그러나, 종래 종형 CVD장비(100)에 있어서 상기 공정 챔버(110)로 반응가스들을 공급하는 상기 인젝터들(122,124)은 상기 플랜지(120)의 일측(우측)에 고정되어 있다. 반응 가스들이 상기 인젝터들(122,124)을 통해 공정 챔버(110)로 공급되면 공정 챔버(110)의 우측영역에는 좌측영역보다 많은 양의 반응가스가 분포되게 된다. 따라서, 공정이 진행되는 동안 반응가스가 공정 챔버(110)의 오른쪽으로 치우치게 분포되면서 웨이퍼의 우측부분에는 상대적으로 좌측부분보다 많은 양의 박막이 증착되는 것이다.

이와 같이, 상기 인젝터들(122,124)을 통한 한 지점에서의 반응가스 공급은 공정 챔버(110)의 좌우 영역에 따른 농도 차이를 가져다주게 되고, 이는 결국 박막의 균일도를 저하시키는 문제점이 되었다. 이러한 박막두께의 불균일 현상은 공정에 사용되는 웨이퍼가 대구경일수록 더욱 심화된다.

즉, 종래의 종형 CVD장비는 공정이 진행되는 동안 공정 챔버로 공급되는 반응 가스가 위치에 따른 밀도농도의 차이로 박막의 균일도를 저하시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 공정 챔버내의 위치에 따른 반응 가스 농도 분포가 균일하게 반응 가스를 공급하여 공정의 균일성을 향상시킬 수 있도록 한 화학기상증착장비 및 그 장비를 사용한 화학기상증착방법을 제공하는데 있다.

도 1은 종래 종형 CVD장비를 개략적으로 보여주는 도면;

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 종형 화학기상증착장비를 보여주는 단면도;

도 3은 주입부의 설치구조를 보여주는 평단면도;

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 종형 화학기상증착장비의 가스공급을 보여주는 구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

12 :공정 챔버 14 : 외부 튜브

16 : 내부 튜브 17 : 히터

18 : 보우트 20 : 플랜지

22 : 제 1 주입부 22a : 제 1-1 인젝터

22b : 제 2-1 인젝터 24 : 제 2 주입부

24a : 제 1-2 인젝터 24b : 제 2-2 인젝터

26 : 배기관 52,54 : 제 1 가스 라인

62,64 : 제 2 가스라인

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 화학기상증착장비는 반도체 웨이퍼의 표면에 박막을 형성시키기 위한 반응로인 공정 챔버와, 상기 공정 챔버로 제 1 반응가스와 제 2 반응가스를 각각 공급하는 제 1, 2 가스라인과, 상기 공정 챔버에 일정한 간격을 두고 설치되고, 상기 제 1 가스라인과 각각 연결되어 상기 공정 챔버내로 제 1 반응가스를 주입시키기 위한 적어도 2개의 제 1 인젝터들 및 상기 공정 챔버에 상기 제 1 인젝터들과 각각 짝을 이루도록 설치되고, 상기 제 2 가스라인과 각각 연결되어 상기 공정 챔버내로 제 2 반응가스를 주입시키기 위한 적어도 2개의 제 2 인젝터들을 포함한다.

이와 같은 본 발명에서 상기 적어도 2개의 제 1 인젝터들은 상기 제 1 가스라인에서 분기되는 그리고 밸브가 설치된 제 1 분기 가스라인들에 각각 연결되고, 상기 적어도 2개의 제 2 인젝터들은 상기 제 2 가스라인에서 분기되는 그리고 밸브가 설치된 제 2 분기 가스라인들에 각각 연결된다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 화학기상증착방법은, 제 1, 2 반응가스를 주입시키기 위한 제 1, 2 인젝터가 하나의 짝으로 이루어진 가스주입부들이 총가스주입시간에 대해서 일정시간동안 균일하게 순차적으로 공정 챔버에 반응가스들을 주입시키는 단계를 포함한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 2 내지 도 3에 의거하여 상세히 설명한다. 또, 상기 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 종형 화학기상증착장비를 보여주는 단면도이다. 도 3은 주입부의 설치구조를 보여주는 평단면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 종형 화학기상증착장비의 가스공급을 보여주는 구성도이다.

본 발명은 반도체 웨이퍼에 박막을 형성시키기 위한 화학기상증착장비의 공정조건중에서 반응가스를 공정 챔버에 공급하는 인젝터들을 공정 챔버의 여러 지점에 설치하므로써 반응 가스의 균일성을 향상시킨 것이다.

도 2 내지 4를 참조하면, 종형 CVD장비(10)는 공정 챔버(12), 히터(17), 보우트(18) 그리고 엘리베이터 캡(30)으로 크게 이루어진다.

상기 공정 챔버(12)는 외부 튜브(14)와 내부 튜브(16)의 이중구조로 이루어지며 플랜지(20)를 갖는다. 상기 공정 챔버(12)의 플랜지(20)에는 공정 챔버(12)내에 반응 가스를 주입시키기 위한 제 1 주입부(22)와 제 2 주입부(24) 그리고 배기관(26)을 구비하고 있다. 상기 제 1 주입부(22)는 플랜지(20)의 일측(우측)에 위치되며 제 1-1 인젝터(22a)와 제 2-1 인젝터(22b)로 구성된다. 제 2 주입부(24)는 상기 제 1 주입부(22)와 대응되는 플랜지(20)의 타측(좌측)에 위치되며 제 1-2 인젝터(24a)와 제 2-2 인젝터(24b)로 구성된다. 이와 같이, 상기 공정 챔버(12)내에 반응 가스들을 주입시키는 제 1, 2 주입부(22,24)는 상기 플랜지(20)상에서 서로 마주보게 설치되는 것이 바람직하다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1-1 인젝터(22a)와 제 1-2 인젝터(24a)는 제 1 반응가스(이하, 'DCS 가스'라 칭함)를 공급하는 제 1 가스라인들(52.54)과 각각 연결된다. 상기 제 2-1 인젝터(22b)와 제 2-2 인젝터(24b)는 제 2 반응가스(이하, 'NH3 가스'라 칭함)를 공급하는 제 2 가스라인들(62,64)과 각각 연결된다. 그리고 상기 인젝터들(22a,22b,24a,24b)에 연결되는 가스라인들(52,54,62,64)상에는 밸브(70)가 각각 설치된다.

예컨대, 본 실시예에서는 상기 공정 챔버(12)의 플랜지(20)에 두 개의 주입부(22,24)만 설치하여 설명하였지만, 상기 플랜지에는 3개 또는 4개 그 이상의 주입부들을 설치할 수 있는 것이다.

이와 같은 종형 CVD장비는 다음과 같은 방법에 의해서 웨이퍼에 소정의 박막을 증착시킨다. 그 공정을 간단히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 공정이 진행하기 전 웨이퍼들을 상기 보우트(18)에 적층시킨다. 웨이퍼들이 적층된 상기 보우트(18)가 놓여진 엘리베이터 캡(30)은 통상의 로딩장비(미도시됨)에 의해 상기 공정 챔버(12)의 내부 튜브(16)안으로 로딩된다. 그리고 진공 펌프(미도시)와 히터(17)를 가동시켜 공정 챔버(12)의 압력 및 온도를 적정 수준으로 유지시킨다. 상기 공정 챔버(12)내의 압력과 온도가 공정조건에 만족되면, DCS, NH3 반응 가스가 상기 플랜지(20)의 제 1, 2 주입부(22,24)를 통해 상기 내부 튜브(16)로 유입된다. 예컨대, 총 증착 시간(totel depo time)이 질화물(nitride) 1500옹스트롬 기준으로 70분을 진행할 경우, 1 차로 30분은 플랜지(20)의 우측에 있는 제 1 주입부(22)를 통해 반응가스들이 공급되고, 2 차로 나머지 30분은 제 2 주입부(24)를 통해 공급된다. 예컨대, 플랜지(20)에 4개의 주입부가 설치될 경우에는, 총증착시간/4(주입부수) 로 계산하여 그 시간만큼 순차적으로 돌아가면서 반응가스를 공급하면 된다. 이와 같이, 반응 가스 공급이 상기 제 1, 2 주입부(22,24)를 통한 두 지점에서 순차적으로 이루어지므로, 공정 챔버(12)의 좌우 영역에 따른 반응 가스 농도차이는 균일하게 유지된다. 따라서, 웨이퍼에는 박막이 균일하게 증착될 수 있는 것이다. 한편, 웨이퍼의 표면에 소정의 막질을 증착시킨 반응 가스는 상기 플랜지(20)의 배기관(26)을 통해 배기라인으로 배기된다.

상술한 바와 같이, 공정진행시 공정 챔버(12)내로 공급되는 반응가스의 농도분포가 일정하게 유지되므로써 안정적인 박막증착이 이루어질 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 공정조건인 공정 챔버내 반응가스의 분포를 개선하여 웨이퍼의 표면에 균일한 박막을 형성시키므로써, 공정의 균일성 및 반도체 소자의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 반도체 웨이퍼의 표면에 박막을 형성시키기 위한 반응로인 공정 챔버와;

   상기 공정 챔버로 제 1 반응가스와 제 2 반응가스를 각각 공급하는 제 1, 2 가스라인과;

   상기 공정 챔버에 일정한 간격을 두고 설치되고, 상기 제 1 가스라인과 각각 연결되어 상기 공정 챔버내로 제 1 반응가스를 주입시키기 위한 적어도 2개의 제 1 인젝터들 및;

   상기 공정 챔버에 상기 제 1 인젝터들과 각각 짝을 이루도록 설치되고, 상기 제 2 가스라인과 각각 연결되어 상기 공정 챔버내로 제 2 반응가스를 주입시키기 위한 적어도 2개의 제 2 인젝터들을 포함하여, 공정 챔버내 반응가스의 분포를 개선할 수 있는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장비
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 적어도 2개의 제 1 인젝터들은 상기 제 1 가스라인에서 분기되는 그리고 밸브가 설치된 제 1 분기 가스라인들에 각각 연결되고,

   상기 적어도 2개의 제 2 인젝터들은 상기 제 2 가스라인에서 분기되는 그리고 밸브가 설치된 제 2 분기 가스라인들에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장비.
3. 화학기상증착방법에 있어서,

   제 1, 2 반응가스를 주입시키기 위한 제 1, 2 인젝터가 하나의 짝으로 이루어진 가스주입부들이 총가스주입시간에 대해서 일정시간동안 균일하게 순차적으로 공정 챔버에 반응가스들을 주입시키는 단계를 포함하여,

   공정 챔버내 반응 가스의 분포를 개선할 수 있는 것을 특징으로 하는 화학기상증착방법.