KR100191471B1 - 반도체 저압화학기상증착설비의 가스공급장치 - Google Patents

반도체 저압화학기상증착설비의 가스공급장치 Download PDF

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Abstract

가스공급라인에 설치된 유량조절기의 구조 및 사용방법을 개선하는 반도체 저압화학기상증착설비의 가스공급장치가 개시되어 있다.
본 발명은, 세정가스공급원에서 공급되는 세정가스 및 반응가스공급원에서 공급되는 반응가스의 양을 조절하는 유량조절기가 각각 상기 세정가스공급원 및 상기 반응가스공급원과 연결되고, 상기 유량조절기와 공정챔버가 연결된 반도체 저압화학기상증착설비의 가스공급장치에 있어서, 상기 유량조절기 내부에는 열심히 내재되도록 제작됨을 특징으로 한다.
따라서, 기화된 실란 디클로라이드 등과 같은 반응가스가 유량조절기 내부에서 액화되어 공정불량을 일으키는 문제점을 방지할 수 있고, 세정공정이 원활히 진행될 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체 저압화학기상증착설비의 가스공급장치
본 발명은 반도체 저압화학기상증착설비의 가스공급장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는 가스공급라인에 설치된 유량조절기의 구조 및 사용방법을 개선하는 반도체 저압화학기상증착설비의 가스공급장치에 관한 것이다.
반도체 장치를 제조하는 공정에 있어서, 에피택셜(Epitaxial) 증착막을 성장시키기 위하여 가장 널리 사용되고 있는 방법중 하나가 화학기상증착(Chemical vapor deposition)이며, 이중 저압화학기상증착은 특정 저압의 공정챔버(Process chamber) 내부에 반응기체를 주입하여서 이들 반응기체가 화학반응함에 따라서 생성된 고체 생성물을 반도체기판 위에 증착 시키는 것이다.
전술한 저압화학기상증착 공정이 연속적으로 진행됨에 따라서, 가스공급라인 및 공정챔버 내부에는 반응가스의 화학반응에 의해서 반응폐기물 즉 불순물이 축적된다. 이들 불순물은 최근에 더욱 고집적화된 반도체소자의 오염원으로 작용하여 수율을 감소시키고 있다. 따라서, 정기적으로 불순물을 제거하기 위하여 질소가스 등의 세정가스를 가스공급라인 및 공정챔버로 공급하여 세정하고 있다.
제1도는 종래의 반도체 저압화학기상증착설비 가스공급장치의 개략적인 구성도이다.
제1도를 참조하면, A 가스공급원(10)에서 공급되는 액체상태에서 기화된 디클로로 실란(SiH2Cl2) 등의 반응가스는, 밸브(12)를 통과하여 가스를 수용할 수 있는 최대용량이 100cc이나 반응에 필요한 20cc 정도의 양이 통과될 수 있도록 설정되고, 전압 인가에 따라서 개폐동작을 수행하고, 정상상태에서 닫힌 제1 유량조절기(14)를 통과하도록 되어 있다.
제1 유량조절기(14)를 통과한 디클로로 실란 등의 반응가스는 다시 밸브(16)를 통과하여 펌프(22)와 연결된 공정챔버(20)로 공급되도록 되어 있다.
또한, B 가스공급원(24)에서 공급되는 암모니아(NH3) 등의 반응가스는, 밸브(26)를 통과하여 가스를 수용할 수 있는 최대용량이 500cc이나 반응에 필요한 200cc 정도의 양이 통과될 수 있도록 설정되고, 전압 인가에 따라서 개폐동작을 수행하고, 정상상태에서 닫힌 제 2 유량조절기(28)를 통과하도록 되어 있다.
제 2 유량조절기(28)를 통과한 암모니아 등의 반응가스는 다시 밸브(30)를 통과하여 펌브(22)와 연결된 공정챔버(20)로 공급되도록 되어 있다.
또한, 세정가스공급원(34)에서 공급되는 일정량의 질소 등의 세정가스는 밸브(36)를 통과한 후, 제 1 유량조절기(14)를 통과하여 배기라인 상에 설치된 밸브(18)를 통과하여 배기되거나, 가스공급라인 상에 설치된 밸브(16)를 통과하여 공정챔버(20)로 공급되도록 되어 있다.
또한 세정가스공급원(34)에서 공급되는 다른 일정량의 질소 등의 세정가스는 밸브(38)를 통과한 후, 제2 유량조절기 (28)를 통과하여 배기라인 상에 설치된 밸브(32)를 통과하여 배기되거나, 가스공급라인 상에 설치된 밸브(30)를 통과하여 공정챔버(20)로 공급되도록 되어 있다.
따라서, 종래의 반도체 저압화학기상증착설비 가스공급라인 및 공정챔버의 세정은, A 가스공급원(10) 및 B 가스공급원(24)에서 공급되는 반응가스가 공정챔버(20)에 일정기간동안 공급되어 저압화학기상증착공정이 진행된 후 시작된다.
먼저, 세정가스공급원(34)에서 공급되는 일정량의 질소가스 등의 세정가스가 밸브(36)를 통과한 후, 20cc 정도의 가스가 통과될 수 있도록 설정된 제 1 유량조절기(14) 및 배기라인에 설치된 밸브(18)를 통과하여 배기된다.
이에 따라서 제 1 유량조절기(14) 및 가스공급라인 내부는 세정된다.
또한, 세정가스공급원(34)에서 공급되는 다른 일정량의 질소가스 등의 세정가스는 밸브(38)를 통과한 후, 200cc 정도의 가스가 통과될 수 있도록 설정된 제 2 유량조절기(28) 및 배기라인에 설치된 밸브(32)를 통과하여 배기된다.
이에 따라서 제 2 유량조절기 (28) 및 가스공급라인 내부는 세정된다.
이어서, 제 1 유량조절기(14)와 연결된 밸브(16) 및 제 2 유량조절기(28)와 연결된 밸브(30)는 열리고, 다른 모든 밸브(12, 18, 26, 32, 36, 38)는 닫힌상태에서 펌프(22)는 펌핑동작을 수행함에 따라서 공정챔버(20)와 밸브(16)와 펌프(22) 사이의 가스공급라인 및 밸브(16)와 펌프(22) 사이의 가스공급라인은 진공상태가 형성된다.
이어서, 세정가스공급원(34)에서 공급되는 일정량의 질소가스 등의 세정가스는 밸브(12, 18, 26, 32)가 닫힌 상태에서 펌프(22)의 펌핑동작에 의해서 밸브(36)를 통과하여 20cc 정도의 가스가 통과될 수 있도록 설정된 제 1 유량조절기(14) 및 밸브(16)를 통과하여 공정챔버(20)로 공급된다.
이에 따라서 가스공급라인 및 공정챔버(20)는 세정된다.
또한, 세정가스공급원(34)에서 공급되는 다른 일정량의 질소가스 등의 세정가스는 밸브(38)를 통과하여 200cc 정도의 가스가 통과될 수 있도록 설정된 제 2 유량조절기(28) 및 밸브(30)를 통과하여 공정챔버(20)로 공급된다.
이에 따라서 가스공급라인 및 공정챔버(20)는 세정된다.
이어서, 펌프(22)의 펌핑동작을 머추고, 세정가스공급원(34)에서 공급되는 질소가스 등의 세정가스를 진공상태인 가스공급라인 및 공정챔버(20)에 공급하여 가스공급라인 및 공정챔버(20)의 기압상태를 상압상태로 전환시킨다.
그런데, 액체상태에서 기화시켜 공정에 사용하고 있는 실란 디클로라이드 등과 같이 부피가 크고 분자량이 높은 특수가스는, 주변온도가 30℃ 내지 40℃가 되지 않거나, 유량조절기와 같이 단면적이 협소한 영역을 통과하면 다시 액화되어 공정불량을 일으키는 문제점이 있었다.
또한, 저압화학기상증착설비의 가스공급장치에 설치된 유량조절기는 전압이 인가됨에 따라서 정상적으로 닫힌상태에서 열림동작을 수행함으로 인해서 여러 가지 요인에 의해서 열림동작이 불량하면 세정공정이 원활히 수행되지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 기화된 실란 디클로라이드 등과 같은 가스가 유량조절기를 통과하면서 액화되는 것을 방지하는 반도체 저압화학기상증착설비의 가스공급장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 저압화학기상증착설비의 가스공급장치의 세정시 가스공급라인에 설치된 유량조절기의 세정불량이 발생하는 것을 방지하는 반도체 저압화학기상증착설비의 가스공급장치를 제공하는 데 있다.
제1도는 종래의 반도체 저압화학기상증착설비 가스공급장치의 개략적인 구성도이다.
제2도는 본 발명에 따른 반도체 저압화학기상증착설비 가스공급장치의 일 실시예를 나타내는 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : A 가스공급원 12, 16, 18, 26, 30, 32, 36, 38 : 밸브
14 : 제 1 유량조절기 20 : 공정챔버
22 : 펌프 24 : B 가스공급원
28 : 제 2 유량조절기 34 : 세정가스공급원
40 : 제 3 유량조절기 42 : 제 4 유량조절기
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 저압화학기상증착설비의 가스공급장치는, 세정가스공급원에서 공급되는 세정가스 및 반응가스공급원에서 공급되는 반응가스의 양을 조절하는 유량조절기가 각각 상기 세정 가스공급원 및 상기 반응가스공급원과 연결되고, 상기 유량조절기와 공정챔버가 연결된 반도체 저압화학기상증착설비의 가스공급장치에 있어서, 상기 유량조절기 내부에는 열심히 내재되도록 제작됨을 특징으로 한다.
상기 유량조절기는 가스를 수용할 수 있는 최대용량의 70% 내지 100%로 조절됨으로서 세정효과를 증가시킴이 바람직하고, 상기 열심에 의해서 30 내지 40℃ 정도의 온도를 유지함이 바람직하다.
또한, 상기 유량조절기는 정상상태에서는 닫혀 있도록 설정됨이 바람직하다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명에 따른 반도체 저압화학기상증착설비 세정라인의 일 실시예를 나타내는 구성도로서, 제2도의 구성에 있어서 제1도과 동일부품은 동일부호로 표시한다.
제2도를 참조하면, A 가스공급원(10)에서 공급되는 디클로로 실란(SiH2Cl2), 모노 실란(SiH4), 보론 트리클로라이드(BCl3) 등의 반응가스는 밸브(12)를 통과하여 내부에 열을 발산하는 발열체 즉 열심히 내재되고, 특정전압 인가에 따라서 정상적으로 열린상태에서 닫힘동작을 수행하는 제 3 유량조절기(40)를 통과하도록 되어 있다.
상기 제 3 유량조절기(40)의 가스를 수용할 수 있는 최대용량은 반응가스 공급시는 최대수용량의 20%인 20cc로 설정되고, 세정공정을 진행할 때는 최대수용량의 70∼100%인 70∼100cc로 설정된다.
제 3 유량조절기(40)를 통과한 디클로로 실란 등의 반응가스는 다시 밸브(16)를 통과하여 펌프(22)와 연결된 공정챔버(20)로 공급되도록 되어 있다. 또한, B 가스공급원(24)에서 공급되는 암모니아(NH3), 인화수소(PH3), 염화수소(HCl) 등의 반응가스는 밸브(26)를 통과하여 내부에 열을 발산하는 발열체가 내재되고, 특정 전압이 인가됨에 따라서 정상적으로 열린상태에서 닫힘동작을 수행하는 제 4 유량조절기(42)를 통과하도록 되어 있다.
상기 제 4 유량조절기(42)의 가스를 수용할 수 있는 최대용량은 반응가스공급시는 최대수용량의 40%인 100cc로 설정되고, 세정공정이 진행될 때는 최대수용량의 70∼100%인 350∼500cc로 설정된다.
제 4 유량조절기(42)를 통과한 암모니아 등의 반응가스는 다시 밸브(30)를 통과하여 펌프(22)와 연결된 공정챔버(20)로 공급되도록 되어 있다.
또한, 세정가스공급원(34)에서 공급되는 일정량의 질소 등의 세정가스는 밸브(36)를 통과하여 제 3 유량조절기(40)를 통과하여 배기라인 상에 설치된 밸브(18)를 통과하여 배기되거나, 가스공급라인 상에 설치된 밸브(16)를 통과하여 공정챔버(20)로 공급되도록 되어 있다.
또한, 세정가스공급원(34)에서 공급되는 다른 일정량의 질소 등의 세정가스는 밸브(38)를 통과하여 제 4 유량조절기(42)를 통과하여 배기라인 상에 설치된 밸브(32)를 통과하여 배기되거나, 가스공급라인 상에 설치된 밸브(30)를 통과하여 공정챔버(20)로 공급되도록 되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 반도체 저압화학기상증착설비의 가스공급장치는, 먼저 가스공급원(10, 24)에서 공급되는 기화된 실란 디클로라이드 등의 반응 가스가 열심히 내재되어 30 내지 40℃ 정도의 온도를 유지하고, 공정에 필요한 반응가스가 통과될 수 있도록 설정된 유량조절기(14, 28)를 통과하여 공정챔버(20)에 공급된다.
공정챔버(20)에 공급된 반응가스는 저압화학기상증착공정이 연속적으로 진행된다.
그러므로, 가스공급라인 및 공정챔버(20) 내부에는 반응폐기물 즉 불순물이 축적되며 이를 제거하기 위하여 세정공정이 이루어 진다.
가스공급라인 및 공정챔버(20)의 세정은 먼저 세정가스공급원(34)에서 공급되는 일정량의 질소가스 등의 세정가스가 밸브(36)를 통과하여 최대수용량의 70∼100%인 70∼100cc 정도의 가스가 통과될 수 있도록 다시 설정되 제 3 유량조절기(40)를 통과하여 배기라인에 설치된 밸브(18)를 통과하여 배기된다.
이때, 제 3 유량조절기(14) 및 가스공급라인 내부에 부착된 불순물은 세정된다.
또한, 세정가스공급원(34)에서 공급되는 다른 일정량의 질소가스 등의 세정가스는 밸브(38)를 통과하여 최대수용량의 70∼100%인 350∼500cc 정도의 가스가 통과될 수 있도록 다시 설정된 제 4 유량조절기(42)를 통과하여 배기라인에 설치된 밸브(32)를 통과하여 배기된다.
이때, 제 4 유량조절기(42) 및 가스공급라인 내부에 부착된 불순물은 제거된다.
이어서, 제 3 유량조절기(40)와 연결된 밸브(16) 및 제 4 유량조절기(42)와 연결된 밸브(30)는 열리고, 다른 모든 밸브(12, 18, 26, 32, 36, 38)는 닫힌상태에서 펌프(22)는 펌핑동작을 수행한다.
이에 따라서 공정챔버(20) 및 가스공급라인은 진공상태가 형성된다.
이어서, 세정가스공급원(34)에서 공급되는 일정량의 질소가스 등의 세정가스는 밸브(36)를 통과하여 제 3 유량조절기(40) 및 밸브(16)를 통과하여 공정챔버(20)로 공급됨에 따라서 가스 공급라인 및 공정챔버(20)는 세정된다.
또한, 세정가스공급원(34)에서 공급되는 다른 일정량의 질소가스 등의 세정가스는 밸브(38)를 통과하여 제 4 유량조절기(42) 및 밸브(30)를 통과하여 공정챔버(20)로 공급됨에 따라서 가스 공급라인 및 공정챔버(20)는 세정된다.
이어서, 펌프(22)의 펌핑동작을 멈추고, 진공상태인 가스공급라인 및 공정챔버(22) 내부로 질소가스 등의 세정가스를 주입하여 상압상태로 전환시킨다.
따라서, 본 발명에 의하면 유량조절기 내부에 발열체 즉 열심히 내재되어 30 내지 40℃ 정도의 온도를 유지함으로 인해서 기화된 실란 디클로라이드 등과 같이 부피가 크고 분자량이 높은 반응가스가 유량조절기를 통과하며 액화되어 공정불량을 일으키는 문제점을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 세정공정을 진행할 때, 정상상태에서 열린 유량조절기를 사용함에 따라서 여러 가지 요인에 의해서 유량조절기가 동작되지 않아 유량조절기의 세정이 진행되지 않는 것을 미연에 방지하여 세정공정이 원활히 진행될 수 있는 효과가 있다.
또한, 세정공정을 진행할 때, 유량조절기가 가스를 수용할 수 있는 양이 70∼100%로 다시 설정된후 세정공정이 진행됨으로 인해서 유량조절기의 가스가 공급되는 부위의 단면적이 증가하여 세정효과가 증가되는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (4)

  1. 세정가스공급원에서 공급되는 세정가스 및 반응가스공급원에서 공급되는 반응가스의 양을 조절하는 유량조절기가 각각 상기 세정가스공급원 및 상기 반응가스공급원과 연결되고, 상기 유량조절기와 공정챔버가 연결된 반도체 저압화학기상증착설비의 가스공급장치에 있어서 상기 유량조절기 내부에는 열심히 내재되도록 제작됨을 특징으로 하는 반도체 저압화학기상증착설비의 가스공급장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유량조절기는 가스를 수용할 수 있는 최대용량의 70% 내지 100%로 조절됨을 특징으로 하는 상기 반도체 저압화학기상증착설비의 가스공급장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유량조절기는 상기 열심에 의해서 30℃ 내지 40℃ 정도의 온도를 유지함을 특징으로 하는 상기 반도체 저압화학기상증착설비의 가스공급장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유량조절기는 정상상태에서는 닫혀 있도록 설정됨을 특징으로 하는 상기 반도체 저압화학기상증착설비의 가스공급장치.
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