KR100282488B1 - 예열수단을 갖는 반도체장치 제조용 가스공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체장치 제조공정에 사용되는 화학약품증기와 혼합되는 산소의 예열을 위한 예열수단을 갖는 반도체장치 제조용 가스공급장치에 관한 것으로서, 원료로서의 화학물질을 이송시키기 위한 캐리어가스를 캐리어가스공급관(11)을 통하여 화학물질이 들어있는 화학약품공급원(12)에 공급하는 캐리어가스공급원(1), 상기 화학약품공급원(12)에 적용된 캐리어가스의 압력에 의하여 이송된 화학물질을 상기 캐리어가스에 의한 버블링(bubbling)에 의하여 기화시키는 버블러(13), 산화제로서의 산소를 공급하는 산소공급원(2), 상기 산소공급원(2)에 연결되며, 그 내부를 흐르는 산소의 예열이 가능한 산소공급관(3) 및 상기 산소공급관(3)을 경유하여 유입되는 산소와 상기 화학약품증기를 혼합하여 공정챔버(5)로 공급하는 가스혼합챔버(4)를 포함하여 이루어진다.

따라서, 산소를 예열하여 공급하므로써 쉽게 액화될 정도로 낮은 증기압을 갖는 화학약품증기의 산소와의 혼합시 온도저하에 따른 액화를 방지하여 항상 균일한 양의 화학약품증기가 공정챔버(5)에 공급될 수 있도록 하며, 그에 의하여 형성되는 막이 균일하게 형성되도록 하는 효과가 있다.

Description

예열수단을 갖는 반도체장치 제조용 가스공급장치

본 발명은 예열수단을 갖는 반도체장치 제조용 가스공급장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 반도체장치 제조공정에 사용되는 화학약품증기와 혼합되는 산소의 예열을 위한 예열수단을 갖는 반도체장치 제조용 가스공급장치에 관한 것이다.

반도체장치의 제조공정 중에서 소정의 박막의 형성을 위하여 가장 널리 사용되는 방법 중의 하나로 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)을 들 수 있다.

화학기상증착은 형성시키고자 하는 박막재료를 구성하는 원소를 포함하는 하나 또는 그 이상의 기체상의 화합물을 기판 상으로 공급하고, 기상 또는 기판의 표면에서의 화학반응에 의하여 박막을 기판의 표면에 형성시키는 방법을 일컫는 것으로서, 오늘날 대규모집적회로로서의 반도체장치의 제조에 필수적인 공정의 하나이다.

화학기상증착은 이산화규소막, 질화규소막 등의 절연막과 같은 무정형막의 형성, 폴리실리콘막과 같은 다결정막의 형성 및 실리콘막과 같은 단결정막의 형성 등이 모두 가능하고, 특히 저온에서 수행되며, 조성의 조절이 용이하고, 신물질의 합성 등이 가능하다는 점에서 현재까지도 널리 이용되어 왔으며, 앞으로도 그 응용가능성이 넓은 공정이다.

그러나, 한편으로 화학기상증착은 막의 성장온도의 제어, 원료농도의 제어, 원료가스의 유량의 제어, 원료가스의 압력의 제어 등과 같은 막의 성장조건이 엄격히 관리되어야 하며, 실제 화학기상증착이 수행되는 공정챔버의 구조나 방식 등 시스템에 따른 적절한 데이타의 축적 및 그에 따른 적절한 공정의 제어가 필수적으로 요구된다.

특히 이산화규소막의 생성을 위한 경우에서는 규소원으로서의 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS ; Tetraethyl ortho silicate)의 열분해에 의한 이산화규소막의 형성시, 산화제의 종류에 대한 성장온도범위의 결정 및 원료가스의 제어가 매우 중요한 인자로 고려되고 있으며, 테트라에틸오르토실리케이트의 열분해에 의한 이산화규소막의 형성시 산화제로서는 주로 산소가 사용되고 있다.

도 1에 화학기상증착에서의 종래의 반도체장치 제조용 가스공급장치를 개략적으로 도시하였다.

도 1에서와 같이 종래의 반도체장치 제조용 가스공급장치에서는 테트라에틸오르토실리케이트와 같은 원료로서의 화학물질을 이송시키기 위한 캐리어가스를 캐리어가스공급관(11)을 통하여 화학물질이 들어있는 화학약품공급원(12)에 공급하는 캐리어가스공급원(1), 상기 화학약품공급원(12)에 적용된 캐리어가스의 압력에 의하여 이송된 화학물질을 상기 캐리어가스에 의한 버블링(bubbling)에 의하여 기화시키는 버블러(13), 산화제로서의 산소를 공급하는 산소공급원(2) 및 상기 산소공급원(2)에 연결된 산소공급관(3)을 경유하여 유입되는 산소와 상기 화학약품증기를 혼합하여 공정챔버(5)로 공급하는 가스혼합챔버(4)를 포함하여 이루어진다. 그에 따라, 상기 버블러(13)로부터 발생되는 화학약품증기는 화학약품증기공급관(14)을 경유하여 공정챔버(5)에로 공급되는 도중에 상기 가스혼합챔버(4)내에서의 산소공급관(3)과의 결합에 의하여 상기 산소공급관(3)을 경유하여 역시 공정챔버(5)로 공급되는 산소와 혼합되게 되며, 공정챔버(5)내에서 화학기상증착반응이 수행되게 된다.

특히, 이러한 종래의 가스공급장치에서는 예를 들면 버블러(13)에서는 43℃의 온도에서 버블링되어 기화되어 상기 화학약품증기공급관(14)을 따라 흐르면서 계속해서 상기 화학약품증기공급관(14)을 감싸고 있는 라인히터(6)에 의하여 가열되어 65℃를 유지하게 되고, 그 온도상태에서 역시 동일한 65℃를 유지하는 공정챔버(5)로 공급되게 되는데, 이는 상기 화학약품증기의 냉각은 곧바로 화학약품의 액화로 연결되며, 그에 따라 적절한 양의 화학약품증기가 공정챔버(5)로 공급되지 못하게 되어 이산화규소막의 불균일한 형성을 예방하기 위함이다.

그러나, 이러한 종래의 가스공급장치의 경우, 화학약품증기의 산화제로서의 산소에 의한 희석시에 실온상태의 산소와의 혼합에 의하여 급격하게 화학약품증기의 온도저하가 일어나며, 그에 따라 화학약품증기의 증기압이 감소되어 공정상 상당한 편차를 유발하는 문제점이 있었으며, 이는 곧 반도체장치의 제조를 위한 기판 상에 형성되는 막이 불균일하게 되는 문제점으로 직결된다. 또한, 일단 응축되어 액화된 화학약품은 그 후 라인히터(6)에 의하여 재가열하여 기화시킨다 하더라도 이를 적절히 조절할 수 있는 수단이 없으므로 결과적으로 화학약품의 증기압의 분포는 불규칙하게 되고, 적절한 공정의 유지가 어렵게 되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 반도체장치 제조공정에 사용되는 화학약품증기와 혼합되는 산소의 예열을 위한 예열수단을 갖는 반도체장치 제조용 가스공급장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 반도체장치 제조용 가스공급장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 예열수단을 갖는 반도체장치 제조용 가스공급장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 캐리어가스공급원 2 : 산소공급원

3 : 산소공급관 4 : 가스혼합챔버

5 : 공정챔버 6 : 라인히터

7 : 어큐뮬레이터 11 : 캐리어가스공급관

12 : 화학약품공급원 13 : 버블러

14 : 화학약품증기공급관 71 : 보조히터

본 발명에 따른 예열수단을 갖는 반도체장치 제조용 가스공급장치는, 원료로서의 화학물질을 이송시키기 위한 캐리어가스를 캐리어가스공급관을 통하여 화학물질이 들어있는 화학약품공급원에 공급하는 캐리어가스공급원, 상기 화학약품공급원에 적용된 캐리어가스의 압력에 의하여 이송된 화학물질을 상기 캐리어가스에 의한 버블링(bubbling)에 의하여 기화시키는 버블러, 산화제로서의 산소를 공급하는 산소공급원, 상기 산소공급원에 연결되며, 그 내부를 흐르는 산소의 예열이 가능한 산소공급관 및 상기 산소공급관을 경유하여 유입되는 산소와 상기 화학약품증기를 혼합하여 공정챔버로 공급하는 가스혼합챔버를 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2에 개략적으로 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 예열수단을 갖는 반도체장치 제조용 가스공급장치는 원료로서의 화학약품증기와 혼합되는 산소를 예열시킬 수 있는 예열이 가능한 산소공급관(3)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 예열이 가능한 산소공급관(3)은 화학물질의 버블링에 의하여 형성된 화학약품증기와 혼합될 때, 이 화학약품증기의 온도와 동일 또는 그 보다 높은 온도로 산소를 예열시키므로써 산소와 화학약품증기의 혼합시 화학약품증기의 액화를 방지하고, 화학약품증기의 증기압을 일정하게 유지시켜 항상 균일한 양의 화학약품증기와 산소의 혼합물이 공정챔버(5)로 유입되도록 하는 점에 특징이 있는 것이다.

따라서, 상기한 바와 같은 예열이 가능한 산소공급관(3)이 구비된 가스공급장치에서는 예를 들면 버블러(13)에서 43℃의 온도에서 버블링되어 기화된 화학약품증기가 상기 화학약품증기공급관(14)을 따라 흐르면서 계속해서 상기 화학약품증기공급관(14)을 감싸고 있는 라인히터(6)에 의하여 가열되어 65℃를 유지하게 되고, 그 온도상태에서의 온도와 동일 또는 그 이상의 온도로 가열된 산소와 혼합된 후, 역시 동일한 65℃를 유지하는 공정챔버(5)로 공급되게 되며, 그에 따라 항상 적절한 양의 화학약품증기가 공정챔버(5)로 공급되도록 한다.

따라서, 테트라에틸오르토실리케이트와 같은 원료로서의 화학물질을 이송시키기 위한 캐리어가스를 캐리어가스공급관(11)을 통하여 화학물질이 들어있는 화학약품공급원(12)에 공급하면 상기 캐리어가스의 압력에 의하여 화학물질공급원내의 화학물질이 버블러(13)내로 공급되고, 여기에서 상기 캐리어가스에 의한 버블링에 의하여 기화된 후, 상기 화학약품증기공급관(14)을 통하여 흐르면서 예를 들면 공정챔버(5)내의 온도와 동일 또는 그 이상의 온도로 라인히터(6)에 의하여 가열되고, 상기 산소공급관(3)을 따라 흐르면서 그 온도에서 동일 또는 그 이상의 온도로 예열된 산소와 가스혼합챔버(4)내에서 혼합된 후, 계속 그 온도를 유지하면서 상기 공정챔버(5)내로 공급되어 화학기상증착공정이 수행된다.

상기 산소공급관(3)은 그 내부를 흐르는 산소의 예열을 위하여 산소공급관(3)의 주위에 라인히터(6)가 권회되어 형성될 수 있으며, 또한 균일한 압력 및 균일한 온도로 산소를 공급하기 위하여 상기 산소공급원(2)과 상기 가스혼합챔버(4) 사이에 그 내부에 보조히터(71)가 취부된 어큐뮬레이터(7)를 연결시켜 형성될 수도 있다.

여기에서 어큐뮬레이터(7)라 함은 일정 용량의 기체를 수용하면서 계속되는 기체의 유입에 따라 일정한 압력으로 기체를 방출하는 기밀상태의 속이 빈 상자를 의미하는 것으로서 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 용이하게 이해될 수 있는 것이며, 본 발명에서와 같이 그 내부에 구비되는 보조히터(71)는 전기의 흐름에 의하여 주울열을 발생시키는 통상의 열판이 될 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 예열이 가능한 산소공급관(3)에 의하여 산소를 예열하여 공급하므로써 쉽게 액화될 정도로 낮은 증기압을 갖는 화학약품증기의 산소와의 혼합시 온도저하에 따른 액화를 방지하여 항상 균일한 양의 화학약품증기가 공정챔버(5)에 공급될 수 있도록 하며, 그에 의하여 형성되는 막이 균일하게 형성되도록 하는 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. 원료로서의 화학물질을 이송시키기 위한 캐리어가스를 캐리어가스공급관을 통하여 화학물질이 들어있는 화학약품공급원에 공급하는 캐리어가스공급원, 상기 화학약품공급원에 적용된 캐리어가스의 압력에 의하여 이송된 화학물질을 상기 캐리어가스에 의한 버블링에 의하여 기화시키는 버블러, 산화제로서의 산소를 공급하는 산소공급원, 상기 산소공급원에 연결되며, 그 내부를 흐르는 산소의 예열이 가능한 산소공급관 및 상기 산소공급관을 경유하여 유입되는 산소와 상기 화학약품증기를 혼합하여 공정챔버로 공급하는 가스혼합챔버를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 예열수단을 갖는 반도체장치 제조용 가스공급장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 산소공급관이 그 주위에 라인히터가 권회되어 형성된 것임을 특징으로 하는 상기 예열수단을 갖는 반도체장치 제조용 가스공급장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 산소공급관이 상기 산소공급원과 상기 가스혼합챔버 사이에 그 내부에 보조히터가 취부된 어큐뮬레이터가 연결되어 형성된 것임을 특징으로 하는 상기 예열수단을 갖는 반도체장치 제조용 가스공급장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 보조히터가 전기의 흐름에 의하여 주울열을 발생시키는 열판임을 특징으로 하는 상기 예열수단을 갖는 반도체장치 제조용 가스공급장치.