KR20000038764A

KR20000038764A - 반도체 웨이퍼의 박막증착용 가스주입장치

Info

Publication number: KR20000038764A
Application number: KR1019980053865A
Authority: KR
Inventors: 고재석; 이광철; 김광일
Original assignee: 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1998-12-09
Filing date: 1998-12-09
Publication date: 2000-07-05

Abstract

본 발명은 반도체 재료인 실리콘 웨이퍼에 박막을 증착하게 된 매엽식 저압 화학기상증착장비에서 웨이퍼의 기판상에 증착되는 원료가스와 베이스가스를 별도의 주입관로를 거친 후 동심원상에 위치되도록 한 링형의 분사노즐을 통해 웨이퍼기판에 분사시킴에 따라 박막두께의 균일성을 증대시킬 수 있게한 반도체 웨이퍼의 박막증착용 가스주입장치에 관한 것으로,

즉, 반응실의 중앙부에 웨이퍼기판을 지지하여 가열하는 SiC발열체 히터를 구비한 서셉터와 이 서셉터의 외측에 가열실을 형성하는 외부히터가 장착된 벨자로 구성된 매엽식 저압 화학기상증착장비에 있어서, 상기 반응실에 설치된 원료가스 주입관의 분사노즐로부터 웨이퍼기판의 전부분으로 분사되는 가스의 흐름이 베이스가스 주입관의 분사노즐을 통해 웨이퍼기판의 중심부분으로 분사되는 베이스가스의 흐름에 의해 저해되도록 원료가스 주입관과 베이스가스 주입관을 설계함에 따라, 실리콘 웨이퍼기판(W)의 중심으로 갈수록 원료가스의 흐름과 원료가스의 농도를 감소시키고 이에 의해 웨이퍼기판의 중심에서 바깥으로 갈수록 증착박막의 두께 변화가 거의 없게되어 증착두께가 균일한 양질의 박막층을 얻을 수 있게된 것이다.

Description

반도체 웨이퍼의 박막증착용 가스주입장치

본 발명은 반도체 웨이퍼의 박막증착용 가스주입장치, 보다 상세하게는 반도체 재료인 실리콘 웨이퍼에 박막을 증착하게 된 매엽식 저압 화학기상증착장비에서 웨이퍼의 기판상에 증착되는 원료가스와 베이스가스를 별도의 주입관로를 거친 후 동심원상에 위치되도록 한 링형의 분사노즐을 통해 웨이퍼기판에 분사시킴에 따라 박막두께의 균일성을 증대시킬 수 있게한 반도체 웨이퍼의 박막증착용 가스주입장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 박막재료인 실리콘 웨이퍼의 박막증착은 집적회로, 센서, 트랜지스터 및 태양전지 등의 제작에서 가장 기본적이면서 자주 사용되는 공정이며, 이때 이용되는 장비로서 반도체 박막 저압 화학기상증착장비가 쓰이고 있다.

도 1은 종래의 반도체 박막증착용 매엽식 저압 화학기상증착장치의 일예를 나타낸 것으로, 반응실(1)의 중심부위에 실리콘 웨이퍼기판(W)이 안착·지지되는 서셉터(2)가 장착되어 있되 이 서셉터의 저면에는 상부의 웨이퍼기판을 가열하기 위한 SiC발열체로된 히터(3)가 구비되고, 상기 반응실(1)의 외측에는 외부와 차단하면서 소정 공간을 형성하도록 둘러싸고 있는 벨자(4)와 이 벨자를 가열하기 위한 가열저항코일로 된 외부히터(5)로 구성으로 되어 있다.

또한 상기 반응실(1)의 웨이퍼(W)가 놓인 상부측에는 원료가스를 공급받아 하향으로 확산되게 분사시키는 확산판(6')을 가진 주입관(6)이 설치되어 있다.

그러므로 전원을 공급하여 내부의 히터(3)와 외부히터(5)를 가열작동 시키게 되면, 상기 SiC발열체 히터(2)에서 발생된 열은 서셉터(2)를 통하여 웨이퍼기판(W)에 전도되어 이 기판을 가열시키고, 가열 저항코일로 된 외부히터(5)는 반응실(1)의 내부를 가열시켜 공정가스를 예열하게 되며, 이러한 상태에서 벨자(4)의 측면에 설치된 원료가스 주입관(6)의 확산판을 통해 원료개스가 분사됨으로써 웨이퍼기판상에 여러 가지 박막이 증착되었다.

그러나 위와 같은 종래의 매엽식 저압 화학기상증착장치는 증착소재인 원료가스를 나팔형태로 된 확산판(6')에 의해 웨이퍼기판에 분산시켜 박막을 증착되게 한 구조이므로, 상기 증착과정에서 웨이퍼기판의 온도분포가 그 중심부분에서 높고 바깥부분으로 갈수록 낮아짐으로써 이에 비례하여 증착박막의 두께도 중심에 비하여 바깥으로 갈수록 덜 증착되어 전체적인 박막두께의 균일도가 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 저압 화학기상증착방법의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 그 목적은 웨이퍼기판의 전부분에 균일한 상태로 박막을 증착할 수 있는 반도체 웨이퍼의 박막증착용 가스주입장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반응실의 중앙부에 웨이퍼기판을 가열하는 SiC발열체 히터를 구비한 서셉터와 이 서셉터의 외측에 가열실을 형성하는 외부히터가 장착된 벨자로 구성된 매엽식 저압 화학기상증착장비에 있어서, 상기 반응실에 설치된 원료가스 주입관의 분사노즐로부터 웨이퍼기판의 전부분으로 분사되는 가스의 흐름이 베이스가스 주입관의 분사노즐을 통해 웨이퍼기판의 중심부분으로 분사되는 베이스가스의 흐름에 의해 저해되도록 원료가스 주입관과 베이스가스 주입관을 설계함에 따라, 실리콘 웨이퍼기판(W)의 중심으로 갈수록 원료가스의 흐름과 원료가스의 농도를 감소시키고 이에 의해 웨이퍼기판의 중심에서 바깥으로 갈수록 증착박막의 두께 변화가 거의 없게되어 증착두께가 균일한 양질의 박막층을 얻을 수 있게됨을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 반도체 박막증착용 매엽식 저압 화학기상증착장치의 일예를 나타낸 구성도,

도 2는 본 발명의 가스주입장치가 설치된 매엽식 저압 화학기상증착장비를 나타낸 전체구성도,

도 3은 상기 증착장비에 설치된 가스주입장치의 작동상태도,

도 4는 본 발명의 웨이퍼기판에 열이전도될 때 그 열분포 상태를 나타낸 선도,

도 5는 본 발명의 가스주입장치의 주입관을 통해 증착원료인 가스의 분사상태를 나타낸 평면구성도이다.

＜ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ＞

10 : 반응실 11 : 서셉터

12 : SiC발열체 히터 13 : 벨자

14 : 외부히터 20 : 원료개스 주입관

21, 31 : 분사노즐 30 : 베이스가스 주입관

W : 웨이퍼기판

이하, 본 발명의 반도체 웨이퍼의 박막증착용 가스주입장치를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 가스주입장치가 설치된 매엽식 저압 화학기상증착장비의 전체구성을 나타낸 것으로, 반응실(10)의 중앙부에 웨이퍼기판(W)을 가열하는 SiC발열체 히터(12)를 구비한 서셉터(11)가 설치되고, 이 서셉터의 외측에는 가열실을 형성하는 외부히터(14)가 장착된 벨자(13)로 둘러쌓여 있다.

웨이퍼기판(W)의 상부측 공간에는 외부에서 공급되는 원료가스를 반응실(10)내로 도입하여 웨이퍼기판의 가장자리에서 전부분으로 분사시키는 직경이 큰 링형의 원료가스 주입관(20)이 배관되고, 이 원료가스 주입관(20)의 동심원상에는 웨이퍼기판(W)의 중심부로 베이스가스를 도입 및 분사시키는 소형의 링형태로된 베이스가스 주입관(30)이 배관되어 있다.

상기 각 주입관(20)(30)을 구성하는 링에는 방사상으로 위치하게 다수의 분사노즐(21)(31)이 형성되어 있다.

따라서, 상기와 같은 본 발명은 서셉터(11)에 구비된 SiC발열체 히터(12)와 반응실(10)을 둘러쌓고 있는 벨자(13)에 장착된 외부히터(14)에 전류를 공급하여 가열작동시키면, SiC발열체 히터는 서셉터를 통하여 그 위에 올려진 웨이퍼기판(W)에 열을 전도시켜 적정의 반응온도로 가열하며, 가열저항코일로된 외부히터(14)는 반응실(10)의 공간으로 열을 발산시키면서 증착공정에 소요되는 가스를 예열시키는 작용을 한다.

도 4는 본 발명의 장치에서 웨이퍼기판에 열이전도될 때 그 열분포를 나타낸 선도로서, 상기 매엽식 저압 화학기상증착장비의 반응실(10)에 안착되어 각 히터의 가열작용에 의해 열이 전도되는 실리콘 웨이퍼기판(W)의 온도분포는 그 중심에서는 온도가 비교적 높은 반면 바깥부분에서는 낮게되는 소위 등온선으로 나타나게 된다.

즉, 종래의 가스주입장치는 상기와 같은 온도분포하에서 웨이퍼기판의 상측 중심에서 확산판을 통해 원료가스를 분사시킴으로써, 증착박막의 두께가 그 중심에 비하여 바깥으로 갈수록 덜 증착되어 전체적인 박막두께의 균일도가 떨어지는 문제점이 있었다.

도 5는 본 발명의 실시예의 가스주입장치를 구성하는 주입관을 통해 증착원료인 가스의 분사상태를 나타낸 것으로, 원료가스 주입관(20)에 공급된 원료가스는 그 링을 따라 방사상으로 형성된 다수의 분사노즐(21)을 통해 웨이퍼기판(W)을 향해 고르게 분사되면서 웨이퍼기판의 전표면에 걸쳐 흐름을 형성하며, 이와 동시에 베이스가스 주입관(30)에 형성된 다수의 분사노즐(31)을 통하여 웨이퍼기판(W)의 중심으로도 가스가 분사된다.

상기와 같이 가스가 분사되는 과정에서 원료가스 주입관(20)의 노즐로부터 웨이퍼기판의 전부분으로 분사되는 가스의 흐름은 베이스가스 주입관(30)의 노즐을 통해 웨이퍼기판의 중심부분으로 분사되는 베이스가스의 흐름에 의해 저해됨으로써, 실리콘 웨이퍼기판(W)의 중심으로 갈수록 원료가스의 흐름과 원료가스의 농도가 감소된다.

＜ 실시예 ＞

SiC발열체 히터(12)의 온도를 800℃로 가열작동시키고, 실리콘 웨이퍼기판에 도핑되는 다결정 실리콘 박막을 1000Å두께로 입힐 때, 베이스가스의 흐름이 없을때에는 웨이퍼기판의 중심에서 바깥으로 갈수록 증착박막의 두께가 얇아졌다.

반면에, 베이스가스의 흐름이 존재하면 웨이퍼기판의 중심에서 바깥으로 갈수록 증착박막의 두께변화가 거의 없었다.

또 베이스 개스유량이 어느 정도 많으면, 웨이퍼기판의 중심에서 바깥으로 갈수록 두께가 두꺼워짐을 확인할 수 있었다.

그러므로 거듭된 실험을 통하여 확인된 결과, 원료가스의 유량과 베이스가스의 유량 비(比)가 60/1인 경우에 증착두께의 균일도가 1% 이내가 됨으로써 종래의 10% 내외로 증착두께가 불균일 할 때에 비하여 보다 양질의 박막이 형성됨을 알 수 있었다.

이와 같은 본 발명의 반도체 웨이퍼의 박막증착용 가스주입장치는, 웨이퍼기판의 전부분에 분사되는 원료가스의 흐름을 웨이퍼기판의 중앙부위로 분사시키는 베이스가스의 흐름과 유량에 의해 저해시킴에 따라, 실리콘 웨이퍼기판의 전표면에 걸쳐서 일정한 상태로 박막을 증착하여 균일한 증착두께을 얻을 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

반응실(10)의 중앙부에 웨이퍼기판(W)을 가열하는 SiC발열체 히터(12)를 구비한 서셉터(11)와 이 서셉터의 외측에 가열실을 형성하는 외부히터(14)가 장착된 벨자(13)로 둘러 쌓여진 매엽식 저압 화학기상증착장비에 있어서,

상기 웨이퍼기판(W)의 상부측 공간에 설치되어 반응실(10)내로 도입되는 원료가스를 웨이퍼기판의 가장자리에서 전부분으로 분사시키는 직경이 큰 링형의 원료가스 주입관(20)과, 상기 원료가스 주입관(20)의 동심원상에 설치되어 웨이퍼기판(W)의 중심부로 베이스가스를 도입 및 분사시키는 소형의 링형태로된 베이스가스 주입관(30)과, 상기 각 주입관(20)(30)을 구성하는 링에 방사상으로 위치하게 형성된 다수의 분사노즐(21)(31)을 포함한 구성을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 박막증착용 가스주입장치.
제1항에 있어서, 상기 원료가스 주입관(20)의 노즐로부터 웨이퍼기판의 전부분으로 분사되는 가스의 흐름이 베이스가스 주입관(30)의 노즐을 통해 웨이퍼기판의 중심부분으로 분사되는 베이스가스의 흐름에 의해 저해되도록 원료가스 주입관과 베이스가스 주입관이 설계됨을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 박막증착용 가스주입장치.