JP3816920B2 - 薄膜蒸着用反応容器 - Google Patents

Description

本発明は半導体ウェーハに薄膜を蒸着するための薄膜蒸着用反応容器に関する。

ウェーハが受納される薄膜蒸着用反応容器は、その内部に色々な種類の反応ガスを流入させてウェーハ上に所定の薄膜を形成する装置である。高集積度のチップを製造するためにウェーハ上に高純度及び優秀な電気的特性を有する薄膜が蒸着されなければならない。さらに、半導体製造業者の技術開発の方向がさらに狭いデザインルールを指向し続けているため、薄膜の純度や電気的特性はもちろん、厚さが均一であることをさらに要求している。このために、反応容器の内部に流入される反応ガスは、停滞なしに均等に噴射されなければならず、このために反応容器の構造を改善するための多様な研究開発が進められている。

本発明は、前記のような趨勢を反映して案出されたものであり、複数の反応ガスを利用して、ウェーハ上に高純度、優秀な電気的特性及びステップカバーレジを具現する薄膜を効果的に蒸着させうる薄膜蒸着用反応容器を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、ウェーハ上に反応ガスを均等に噴射できる薄膜蒸着用反応容器を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の一態様では、ウェーハに向けて反応ガスを噴射するシャワーヘッドを有する薄膜蒸着用反応容器が、第１反応ガスの供給ラインと接続されて、前記第１反応ガスを複数の第１反応ガス流に均等に分配する分配ブロックと、前記分配ブロックで分配された前記複数の第１反応ガス流がその中を流れる均等配置された複数の第１ガス移送管と、前記第２反応ガスの供給ラインと接続されてその中を第２反応ガスが流れる第２ガス移送管と、前記複数の第１ガス移送管及び前記第２ガス移送管と接続され、前記シャワーヘッドに固定されたフィーディングブロックとを含むフィーディング部を備えている。前記シャワーヘッドは上部拡散ブロックと中間拡散ブロックと下部拡散ブロックとを積層して構成されたものである。前記上部拡散ブロックと前記中間拡散ブロックとの間には、前記複数の第１ガス移送管とそれぞれ連通され、互いに等角度間隔をおいて放射状に形成された複数のメイン流路と、前記複数のメイン流路の各々から直角に延びる複数のサブ流路とが区画されている。前記中間拡散ブロックと前記下部拡散ブロックとの間には、前記第２ガス移送管と連通されて、前記第２反応ガスを均等に拡散するための拡散領域が区画されている。前記第１反応ガスは前記複数のメイン流路及び前記複数のサブ流路と連通した複数の第１噴射ホールから噴射され、前記第２反応ガスは前記拡散領域と連通した複数の第２噴射ホールから噴射されるというものである。

本発明は更に、ウェーハが載置されるウェーハブロックを内蔵するリアクターブロックと、前記リアクターブロックを覆って所定の圧力をに維持された密閉空間を区画するトッププレートと、第１反応ガス及び第２反応ガスを供給するためのフィーディング部と、前記トッププレートに設置され、フィーディング部から供給される第１反応ガス及び第２反応ガスを前記ウェーハに噴射する多数の第１及び第２噴射ホールが形成されたシャワーヘッドと、リアクターブロックの内部のガスを外部に排気させる排気装置とを含む薄膜蒸着用反応容器を提供する。薄膜蒸着用反応容器は、前記フィーディング部は、前記シャワーヘッドと結合されるフィーディングブロックと、第１ガス供給ラインと連結されて第１反応ガスを均等に分配させる分配ブロックと、前記フィーディングブロックと前記分配ブロックとを連結する少なくとも２つ以上の第１ガス移送管と、前記フィーディングブロックの中央に形成され、第２ガス供給ラインと連結される第２ガス移送管とを含み、前記シャワーヘッドは、前記フィーディング部の下部に順次に結合される上部拡散ブロックと、中間拡散ブロックと、下部拡散ブロックとを含み、前記上部拡散ブロックは、前記フィーディングブロックと結合され、前記第１ガス移送管と各々連通される第１フィーディングホールと前記第２ガス移送管と連通される第２フィーディングホールとが形成された結合部と、その底面に形成されるものであって前記第１フィーディングホールと各々連通され、放射状に対称的に形成される複数の第１メイン流路と、各第１メイン流路から直角に分岐された複数の第１サブ流路とを有し、前記中間拡散ブロックは、上部拡散ブロックの下部に密着されるものであって、その上部に形成されて前記複数の第１メイン流路及び複数のサブ流路と各々対応する複数の第２メイン流路及び複数の第２サブ流路と、前記第２サブ流路及び前記第２メイン流路に一定の間隔毎に形成された複数の第１分配ホールと、前記第２フィーディングホールと連通される第２分配ホールとを有し、前記下部拡散ブロックは、前記中間拡散ブロックの下部に密着されるものであって、前記第１分配ホールと各々連通されて供給される第１反応ガスを前記ウェーハ上に噴射するための多数の第１噴射ホールと、前記第１噴射ホール間に形成されて前記第２分配ホールを通じて流入される第２反応ガスを前記ウェーハ上に噴射するための多数の第２噴射ホールとを有することを特徴とする。

本発明において、前記第１ガス移送管は、前記フィーディングブロックと前記分配ブロック間に対称的に配置される。
本発明において、前記下部拡散ブロックの上面には凹凸をなす拡散領域が形成され、前記第１噴射ホールは凸部分に形成され、第２噴射ホールは凹部分に形成される。

本発明において、前記フィーディングブロックには温度調節のための温度センサーとヒータとが装着される。
本発明において、前記上部拡散ブロックの第１サブ流路及び第１メイン流路と前記中間拡散ブロックの第２サブ流路及び第２メイン流路とは、同じ形状を有する。

本発明において、第１フィーディングホールの数と第１、２メイン流路それぞれの数とは比例する。
本発明において、前記上部拡散ブロック、中間拡散ブロック及び下部拡散ブロックは、一体に構成される。

本発明による薄膜蒸着用反応容器によれば、ウェーハ上に複数の反応ガスを均等に噴射することによってウェーハ上に高純度及び優秀な電気的特性とステップカバレッジを有する薄膜を効果的に蒸着させうる。

以下、添付された図面を参照しつつ本発明による薄膜蒸着用反応容器を詳細に説明する。
図１は、本発明による薄膜蒸着用反応容器の断面図であり、図２は図１のトッププレートとシャワーヘッドの抜粋分離斜視図であって、上部から見た図面であり、図３は図１のトッププレートとシャワーヘッドの抜粋分離斜視図であって、下部から見た図面である。

図面を参照すれば、本発明による薄膜蒸着用反応容器１０は、半導体ウェーハやグラスウェーハ等のウェーハＷが載置されるウェーハブロック１５を内蔵するリアクターブロック２０と、リアクターブロック２０を覆って、所定の圧力に維持された密閉空間をリアクターブロック２０の内部に区画するトッププレート３０と、第１反応ガス及び第２反応ガスを供給するためのフィーディング部５０と、トッププレート３０に設置され、フィーディング部５０から供給される第１反応ガス及び第２反応ガスをウェーハＷに噴射する多数の第１及び第２噴射ホール９３，９４が形成されたシャワーヘッド６０と、リアクターブロック２０の内部のガスを外部に排気させる排気装置（図示せず）とを含む。ここで、リアクターブロック２０や、トッププレート３０や、排気装置は、一般的なものを使用するため、これ以上の詳細な説明は省略する。

図４は、図１のフィーディング部５０の抜粋斜視図である。図１，３に示されたように、フィーディング部５０は、トッププレート３０の装着ホール３５を通じてシャワーヘッド６０に結合されるフィーディングブロック５１と、第１ガス供給ラインＰ１に供給される第１反応ガスを分配させる分配ブロック５２と、フィーディングブロック５１と分配ブロック５２とを連結する少なくとも２つ以上の第１ガス移送管５３と、フィーディングブロック５１の中央に形成され、第２ガス供給ラインＰ２と連結される第２ガス移送管５４とを含む。分配ブロック５２は、複数の第１ガス移送管５３にほぼ均等量の第１反応ガスが流れるように第１反応ガスを分配する。本実施形態では、相互対称的に設けられた４つの第１ガス移送管５３によってフィーディングブロック５１と、対称な十字形状の分配ブロック５２とが連結されている。フィーディングブロック５１の側部には温度調節のためのヒータ５５が設置され、フィーディングブロック５１の上部の温度センサー装着ホール５６’には温度センサー５６が装着される。

図５は、図２及び図３の上部拡散ブロックの底面を示す図面であり、図６は、図２及び図３の中間拡散ブロックの上面を示す図面であり、図７は、中間拡散ブロックの底面を示す図面である。また、図８は、図２及び図３の下部拡散ブロックの上面を示す図面であり、図９は、下部拡散ブロックの底面を示す図面である。

図示されたように、シャワーヘッド６０は、フィーディング部５０の下部に順次に結合される上部拡散ブロック７０と、中間拡散ブロック８０と、下部拡散ブロック９０で構成される。シャワーヘッド６０とトッププレート３０間には、シャワーヘッド６０をトッププレート３０に堅く密着させるための密着補助リング６５が設置されることもある。

上部拡散ブロック７０は、図２に示されたように、その上面に形成されてフィーディングブロック５１と結合される結合部７１を有する。結合部７１には第１ガス移送管５３と各々連通される第１フィーディングホール７３と、第２ガス移送管５４と連通される第２フィーディングホール７４とが形成されている。フィーディングブロック５１と結合される結合部７１には、供給されるガスの流出を防止するためにＯリンググローブを形成し、そのＯリンググローブにＯリング７２を入れて密封を確実にさせることが望ましい。

上部拡散ブロック７０の底面には、第１フィーディングホール７３と各々連通され、中央から放射状にかつ対称的に延びる、第１フィーディングホール７３と各々連通される第１メイン流路７５と、それぞれの第１メイン流路７５から直角に分岐された複数の第１サブ流路７６とが形成される。第１メイン流路７５は上部拡散ブロック７０の底面の中央において等角度間隔（９０度）をおいて形成される。

中間拡散ブロック８０は、上部拡散ブロック７０の下部に密着される。中間拡散ブロック８０の上面には、前述したそれぞれの第１メイン流路７５及び第１サブ流路７６と各々対応する第２メイン流路８５及び第２サブ流路８６が形成されている。すなわち、第２メイン流路８５は中間拡散ブロック８０の底面の中央において等角度間隔（９０度）をおいて形成され、複数の第２サブ流路８６は関連する第２メイン流路８５から直角に分岐している。第２メイン流路８５及び第２サブ流路８６には、一定の間隔毎に複数の第１分配ホール８３と、第２フィーディングホール７４と連通される第２分配ホール８４とが形成されている。第１分配ホール８３及び第２分配ホール８４は、図７に示されたように中間拡散ブロック８０を貫通している。このように、上部拡散ブロック７０の底面に形成された第１メイン流路７５及び第１サブ流路７６と、中間拡散ブロック８０の上面に形成された第２メイン流路８５及び第２サブ流路８６とは、各々互いに合わせられて一つの流路を形成する。

下部拡散ブロック９０は、中間拡散ブロック８０の下部に密着され、その上面には第２分配ホール８４を通じて供給される第２反応ガスを均等に拡散するための拡散領域が形成されている。拡散領域は、下部拡散ブロックの上面に多数の凹凸が形成されることによってなり、凹部分に第２分配ホール８４を通じて供給される第２反応ガスをウェーハＷ上に噴射する第２噴射ホール９４が形成されている。それぞれの凸部分には多数の第１分配ホール８３と連通される多数の第１噴射ホール９３が形成されている。すなわち、第１噴射ホール９３は、凸部分を貫通して形成され、第２噴射ホール９４は凹部分を貫通して形成される。

前記第１メイン流路７５や第２メイン流路８５の数は、第１フィーディングホール７３の数に応じて決定される。すなわち、第１フィーディングホール７３が４つである時には本実施例のように各々４つの第１メイン流路７５と第２メイン流路８５を有するが、もし図１０に示されたように第１フィーディングホール７３が２つである時には第１、２メイン流路は各々２つであり、図１１に示されたように第１フィーディングホール７３が３つである時には第１、２メイン流路が各々３つとなり、図１２に示されたように第１フィーディングホール７３が４つである時には第１、２メイン流路が各々４つとなり、図１３に示されたように第１フィーディングホール７３が５つである時には第１、２メイン流路が各々５つとなる。このように、第１、２メイン流路それぞれの数は、第１フィーディングホールの数に比例あるいは一致する。そして、第１、２サブ流路にはそれぞれの第１、２メイン流路から適切に分岐される。

本実施例において、前記上部拡散ブロック、中間拡散ブロック、下部拡散ブロックは互いに別途に製作されて結合された構造をしているが、これは一実施例に過ぎず、一つのブロックに具現できることはもちろんである。

前記のような構造の薄膜蒸着用反応容器の動作を説明する。
ウェーハ移送孔１６を通じて移送されたウェーハＷがウェーハブロック１５に載置される。次いで、ウェーハブロック１５は、ウェーハＷを所定の温度に加熱する。この状態で、第１反応ガス及び／または不活性ガスが第１ガス供給ラインＰ１→分配ブロック５２→第１ガス移送管５３→第１フィーディングホール７３→第１メイン流路７５と第２メイン流路８５が合わせて形成されたメイン流路→第１サブ流路７５と第２サブ流路８６が合わせて形成されたサブ流路→第１分配ホール８３→第１噴射ホール９３を通じてウェーハＷ上に噴射される。

一方、第２反応ガス及び／または不活性ガスは、第２ガス供給ラインＰ２→第２フィーディングホール７４→第２分配ホール８４を通じて拡散領域で均等に拡散された後、第２噴射ホール９４を通じてウェーハＷ上に噴射される。

このように、第１、２反応ガス及び／または不活性ガスは、ウェーハＷ上に薄膜を形成し、工程副産物や薄膜蒸着に使われないガスは排気ホールを通じて排気装置に送られる。

本発明による薄膜蒸着用反応容器は、狭いデザインルールを適用した高集積度のチップの製造に利用できる。

本発明による薄膜蒸着用反応容器の側面図である。 図１のトッププレートとシャワーヘッドとの抜粋分離斜視図であって、上部から見た図面である。 図１のトッププレートとシャワーヘッドとの抜粋分離斜視図であって、下部から見た図面である。 図１のフィーディング部の抜粋斜視図である。 図２及び図３の上部拡散ブロックの底面を示す図面である。 図２及び図３の中間拡散ブロックの上面を示す図面である。 図２及び図３の中間拡散ブロックの底面を示す図面である。 図２及び図３の下部拡散ブロックの上面を示す図面である。 図２及び図３の下部拡散ブロックの底面を示す図面である。 第１フィーディングホールが２つの場合の上部拡散ブロックの底面を示す図面である。 第１フィーディングホールが３つの場合の上部拡散ブロックの底面を示す図面である。 第１フィーディングホールが４つの場合の上部拡散ブロックの底面を示す図面である。 第１フィーディングホールが５つの場合の上部拡散ブロックの底面を示す図面である。

符号の説明

１０ 薄膜蒸着用反応容器
１５ ウェーハブロック
１６ ウェーハ移送孔
２０ リアクターブロック
３０ トッププレート
３５ 装着ホール
５０ フィーディング部
５１ フィーディングブロック
５２ 分配ブロック
５３ 第１ガス移送管
５４ 第２ガス移送管
５５ ヒータ
６０ シャワーヘッド
６５ 密着補助リング
７０ 上部拡散ブロック
７１ 結合部
７３ 第１フィーディングホール
７４ 第２フィーディングホール
８０ 中間拡散ブロック
９０ 下部拡散ブロック
９３ 第１噴射ホール
９４ 第２噴射ホール
Ｐ１ 第１ガス供給ライン
Ｐ２ 第２ガス供給ライン
Ｗ ウェーハ

Claims (8)

1. ウェーハに向けて反応ガスを噴射するシャワーヘッドを有する薄膜蒸着用反応容器であって、
   第１反応ガスの供給ラインと接続されて、前記第１反応ガスを複数の第１反応ガス流に均等に分配する分配ブロックと、前記分配ブロックで分配された前記複数の第１反応ガス流がその中を流れる均等配置された複数の第１ガス移送管と、前記第２反応ガスの供給ラインと接続されてその中を第２反応ガスが流れる第２ガス移送管と、前記複数の第１ガス移送管及び前記第２ガス移送管と接続され、前記シャワーヘッドに固定されたフィーディングブロックとを含むフィーディング部を備え、
   前記シャワーヘッドが上部拡散ブロックと中間拡散ブロックと下部拡散ブロックとを積層して構成されたものであり、
   前記上部拡散ブロックと前記中間拡散ブロックとの間には、前記複数の第１ガス移送管とそれぞれ連通され、互いに等角度間隔をおいて放射状に形成された複数のメイン流路と、前記複数のメイン流路の各々から直角に延びる複数のサブ流路とが区画され、
   前記中間拡散ブロックと前記下部拡散ブロックとの間には、前記第２ガス移送管と連通されて、前記第２反応ガスを均等に拡散するための拡散領域が区画され、
   前記第１反応ガスは前記複数のメイン流路及び前記複数のサブ流路と連通した複数の第１噴射ホールから噴射され、前記第２反応ガスは前記拡散領域と連通した複数の第２噴射ホールから噴射される薄膜蒸着用反応容器。
2. ウェーハが載置されるウェーハブロックを内蔵するリアクターブロックと、前記リアクターブロックを覆って所定の圧力に維持された密閉空間を区画するトッププレートと、第１反応ガス及び第２反応ガスを供給するためのフィーディング部と、前記トッププレートに設置され、フィーディング部から供給される第１反応ガス及び第２反応ガスを前記ウェーハに噴射する多数の第１及び第２噴射ホールが形成されたシャワーヘッドと、リアクターブロックの内部のガスを外部に排気させる排気装置とを含む薄膜蒸着用反応容器において、
   前記フィーディング部は、前記シャワーヘッドと結合されるフィーディングブロックと、第１ガス供給ラインと連結されて第１反応ガスを均等に分配させる分配ブロックと、前記フィーディングブロックと前記分配ブロックとを連結する少なくとも２つ以上の第１ガス移送管と、前記フィーディングブロックの中央に形成され、第２ガス供給ラインと連結される第２ガス移送管とを含み、
   前記シャワーヘッドは、前記フィーディング部の下部に順次に結合される上部拡散ブロックと、中間拡散ブロックと、下部拡散ブロックとを含み、
   前記上部拡散ブロックは、前記フィーディングブロックと結合され、前記第１ガス移送管と各々連通される第１フィーディングホールと前記第２ガス移送管と連通される第２フィーディングホールとが形成された結合部と、その底面に形成されるものであって前記第１フィーディングホールと各々連通され、放射状に対称的に形成される複数の第１メイン流路と、各第１メイン流路から直角に分岐された複数の第１サブ流路とを有し、
   前記中間拡散ブロックは、上部拡散ブロックの下部に密着されるものであって、その上部に形成され、前記複数の第１メイン流路及び複数のサブ流路と各々対応する複数の第２メイン流路及び複数の第２サブ流路と、前記第２サブ流路及び前記第２メイン流路に一定の間隔毎に形成された複数の第１分配ホールと、前記第２フィーディングホールと連通される第２分配ホールとを有し、
   前記下部拡散ブロックは、前記中間拡散ブロックの下部に密着されるものであって、前記第１分配ホールと各々連通されて供給される第１反応ガスを前記ウェーハ上に噴射するための多数の第１噴射ホールと、前記第１噴射ホール間に形成されて前記第２分配ホールを通じて流入される第２反応ガスを前記ウェーハ上に噴射するための多数の第２噴射ホールとを有することを特徴とする薄膜蒸着用反応容器。
3. 前記第１ガス移送管は、前記フィーディングブロックと前記分配ブロック間に対称的に配置されたことを特徴とする請求項２に記載の薄膜蒸着用反応容器。
4. 前記下部拡散ブロックの対面には、凹凸をなす拡散領域が形成され、前記第１噴射ホールは凸部分に形成され、第２噴射ホールは凹部分に形成されたことを特徴とする請求項２に記載の薄膜蒸着用反応容器。
5. 前記フィーディングブロックには温度調節のための温度センサーとヒータとが装着されることを特徴とする請求項２に記載の薄膜蒸着用反応容器。
6. 前記上部拡散ブロックの第１サブ流路及び第１メイン流路と前記中間拡散ブロックの第２サブ流路及び第２メイン流路とは同じ形状を有することを特徴とする請求項２に記載の薄膜蒸着用反応容器。
7. 前記第１フィーディングホールの数と第１、２メイン流路のそれぞれの数とは、比例することを特徴とする請求項２に記載の薄膜蒸着用反応容器。
8. 前記上部拡散ブロック、中間拡散ブロック及び下部拡散ブロックは、一体に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の薄膜蒸着用反応容器。

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