KR100302114B1 - 플라즈마를이용한반도체소자의제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 반응가스의 응축에 따른 재현성 저하와 파티클의 발생을 억제할 수 있는 플라즈마를 이용한 반도체 소자의 제조 장치가 제공된다.

본 발명에 따른 반도체 소자의 제조장치는 반도체 웨이퍼(wafer)를 처리하기 위한 반응기를 갖는다. 상기 반응기는 베이스와, 반응기 내벽과, 반응기 가열장치와, 서셉터과, 전극 장치를 구비한다. 베이스는 웨이퍼의 입출구와, 소스가스 공급장치와, 반응생성물의 배출구를 갖는다. 반응기 내벽은 상기 베이스 상부에 위치하여 반응 공간을 형성하며, 반응기가열장치는 반응기 내벽의 주위에 설치된다. 서셉터는 상기 반응공간 내의 웨이퍼를 위치시키기 위한 것으로서, 승강이 가능하다. 플라즈마를 형성하기 위한 전극장치는 반응공간 내에 위치한다. 서셉터가 하부전극이 되며, 상부전극은 서셉터의 상부에 위치한다. 소스가스 공급장치는 상기 반응기의 외측으로부터 반응공간 내로 연장되는 인젝터로 이루어진다.

Description

플라즈마를 이용한 반도체 소자의 제조 장치 {Device for Making Semiconductor Element by Using Plasma}

본 발명은 반도체 소자의 제조 장치에 관한 것으로, 플라즈마를 이용하는 반도체 공정 중에 반응기 내의 플라즈마 밀도를증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 플라즈마를 사용할 때 반응기 내벽에 원하지 않는 막이 형성되지 않는 반도체 소자의 제조장치에 관한 것이다.

기존의 반도체 제조 장치 중 플라즈마를 이용한 CVD 장치에서는 통상 상부전극이 반응기 내벽의 외측에 배치되고, 반응가스 공급 장치로써 샤워헤드(shower head)를 사용한다. 이러한, 구조의 경우 첫째, 상하부 전극 사이의 플라즈마 밀도를 높이는 것이 어렵고, 그 자체 구조상 웨이퍼에 막을 형성하는 동안 웨이퍼 뿐만 아니라 반응기 내벽에도 막이 형성되어 이로 인하여 파티클(particle)이 발생하는 문제가 있다. 둘째, 샤워헤드를 사용하는 경우, 반응기 내부로 유입된 가스가 샤워헤드를 거쳐 서셉터에 도달할 때, 샤워헤드의 구멍을 통과하면서 구멍 내에서 응축된다. 이러한 응축된 물질은 다음 공정을 진행할 때, 하나의 기화원(vaporizer)으로 작용하여 재현성을 떨어뜨린다. 또한 막질을 불균일하게 하고 불순물 입자 발생의 원인이 된다. 세째, 반응가스가 샤워헤드를 통하여 가열된 서셉터 위에 도달하면서 원하는 막의 형성이 시작되는데, 이때 차가운 반응가스는 일시에 서셉터의 열을 빼앗아 서셉터의 온도가 순간적으로 요구되는 온도 이하로 떨어지게 된다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 플라즈마 밀도를 높이고, 반응기 내에서 파티클이 발생하는 것을 억제할 수 있는 플라즈마를 이용한 반도체 소자의 제조 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 반응가스의 응축에 따른 재현성 저하와 서셉터 온도 변화로 인한 막질의 저하를 억제할 수 있는 플라즈마를 이용한 반도체 소자의 제조 장치를 제공하는 것이다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마가 적용되는 반도체 소자 제조장치의 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

12: 반응기 14: 베이스

16: 반응기 벽 19: 서셉터

22: 반응가스 공급장치 49: 플라즈마 플레이트

S: 반응공간 W: 웨이퍼

본 발명의 이러한 목적은,

반응기 안쪽의 반응공간에 형성된 상부전극 및 하부전극으로 이루어진 플라즈마를 형성하기 위한 전극장치와, 상기 반응공간과 외부 사이에 형성된 기판 출입구와, 상기 반응공간에 소스가스를 공급하기 위한 소스가스 공급장치와, 상기 반응공간 내에서 기판 처리된 반응물을 배출하기 위한 반응물 배출구와, 상기 반응공간 내에 상기 기판을 위치시키기 위한 서셉터를 구비하는 반도체 소자의 제조 장치에 있어서,

상기 장치가 반응기벽 외부에 반응기 가열장치를 더욱 구비하며,

상기 하부전극은 수직 방향으로 상승 및 하강할 수 있고,

상기 소스가스 공급장치는 길이 방향으로 연장된 그의 상부 끝단에 위치하며 높이를 조절할 수 있는 출구를 포함하는 인젝터로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 장치에 의해 달성될 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 CVD 공정 장치 중 특히 플라즈마를 이용한 반도체 소자 제조 공정에서 발생할 수 있는 단점을 개선하기 위한 것으로서, 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 플레이트를 하부전극인 서셉터의 바로 위에 위치시켜 플라즈마 밀도를 높인다. 반응기 내로 반응가스를 주입하기 위해서 샤워헤드를 사용하는 대신 인젝터(injector)를 사용한다. 그리고 웜월형(warm wall type) 반응기를 사용하여 인젝터 라인을 통하여 이동하는 반응가스를 예열한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 도1을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마를 이용하는 반도체 소자의 제조장치의 반응기(12)에는 베이스(14)와, 반응기벽(16)이 구비되어 반응공간(S)을 형성한다. 반응기(12)는웨이퍼(W)를 위치시키기 위한 서셉터(19)를 구비하며, 상기 반응공간(S)에 소스가스를 공급하기 위한 반응가스 공급장치(22)를 갖는다. 또한, 반응기(12)는 플라즈마 생성을 위한 상부전극과 하부전극을 갖는 전극장치와 상기 전극장치에 RF 전력을 공급하기 위한 고주파 발생장치(25)를 구비한다. 상기 도면에 나타난 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상부전극은 후술하는 바와 같이 도전성 재료로 이루어져 반응공간(12) 내에 위치하는 플라즈마 플레이트(49)로 구성되고, 하부전극은 상술한 서셉터(19)로 구성된다.

베이스(14)의 일측에는 웨이퍼 출입구(29)가 형성되어 있다. 웨이퍼(W)는 웨이퍼 출입구(29)를 통하여 반응기(12) 내로 반입 및 그로부터 반출될 수 있다. 베이스(14)의 다른 한쪽에는 반응기(12) 내를 진공으로 형성하고 반응 부산물을 배출하기 위한 배출구(32)가 형성되어 있다. 또한, 베이스(14)에는 반응 소스가스를 반응공간(S)에 공급하기 위한 소스가스 공급장치(22)가 장착된다. 소스가스 공급장치(22)는 반응공간(S) 내에 배치되는 인젝터(35)로 이루어진다. 인젝터(35)는 상하 방향으로 연장되며, 반응기 외부에서는 소스가스 공급관(도시하지 않음)과 연결된다. 인젝터(35)는 상하로 이동 가능하여 그 출구의 높이를 조절할 수 있도록 구성되어 있다. 따라서, 반응기 내에서 이루어지는 공정의 종류에 따라, 인젝터(35)의 출구를 상부전극(48) 보다 높은 위치, 상부전극과 동일한 높이, 또는 상부전극 보다 낮은 위치에 있도록 조정할 수 있다.

반응기벽(16)은 반응공간(S)을 둘러싸는 직·간접 전열돔(37)으로 이루어진다. 반응기 가열장치(39)가 전열돔(37)을 둘러싸고 있다. 돔(37)은 통상 석영과같은 투명한 재질로 이루어진다. 그러나, 전열돔(37)을 금속성의 불투명한 재질로 구성할 수도 있다. 반응기 가열장치(39)는 통상 저항가열방식의 가열기를 사용한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 반응기벽(16)의 주위에 가열을 위한 램프를 설치하는 램프가열방식을 사용할 수도 있다. 한편, 반응기의 내벽은 돔(37)인 것으로 설명하였으나 돔 형상에 제한되는 것은 아니다.

웨이퍼(W)를 위치시키기 위한 서셉터(19)는 서셉터 가열장치(42)를 갖는다. 서셉터(19)에는 서셉터 승강장치(44)가 부착되어 있어, 웨이퍼(W)의 높이 및 후술하는 상부전극(48)과 하부전극인 서셉터(19) 사이의 거리를 조절할 수 있다.

하부전극인 서셉터(19)는 접지된다. 상부전극인 플라즈마 플레이트(49)는 반응기 내벽(16)의 안쪽, 즉 반응공간(S) 내에 위치하며 도전성 재료로 이루어진 원형의 판이다. 그러나, 본 발명에 따른 플라즈마 플레이트의 형상은 이에 제한되지 않는다. 플라즈마 플레이트(49)는 베이스(14)에 고정되어 상하 방향으로 연장되는 절연 지지대(52)에 의해서 지지된다. 플라즈마 플레이트(49)는 체결수단을 이용하여 상기 절연지지대(52)에 고정된다. 플라즈마 플레이트인 상부전극과 서셉터인 하부전극은 서로 평행한 것이 바람직하다.

절연지지대(52)는 3개 이상인 것이 바람직하다. 절연지지대 중의 적어도 하나에는 도체선(53)이 내장되며, 도체선(53) 주위는 외부와의 간섭을 막고 절연을 위해 절연체(55)로 감싼다. 이와는 달리, 절연지지대(52)와는 별도로 도체선(53)을 수용하기 위한 구조물을 설치할 수도 있다. 도체선(53)은 RF 발생장치(25)에 연결된다. 상기 플라즈마 플레이트(49)에 RF 발생기(25)로 고주파 전압을 인가하면, 그라운드 전극인 하부전극(48)과의 사이에 플라즈마가 형성된다.

본 발명에 따르면, 상부전극인 플라즈마 플레이트가 반응 공간 내에 위치하고 서셉터는 서셉터 승강장치로 그 높이를 조절함으로써, 플라즈마 플레이트와 서셉터 사이의 거리를 조절할 수 있어 플라즈마 밀도를 높일 수 있다. 이에 따라, 고밀도 플라즈마 공정이 가능하다. 하부전극과 플라즈마 플레이트 사이에 공급된 소스가스만이 플라즈마가 되어 웨이퍼에 작용하므로, 이 플라즈마가 형성되는 위치로부터 떨어진 위치에 있는 반응기 내벽에는 막의 형성이 거의 없어 파티클의 발생이 적을 뿐만 아니라 챔버 클리닝 주기가 길어져 장치의 가동률을 증가시키는 효과가 있다.

한편, 반응기 내로 반응가스를 주입하기 위해서 샤워헤드를 사용하는 대신 인젝터(injector)를 사용하므로, 반응가스가 샤워헤드의 구멍에 응축되기 때문에 발생하는 재현성 저하 문제와 파티클 발생문제를 감소시킬 수 있다. 그리고 가열장치로 전열돔, 즉, 반응기 내벽을 가열함으로써, 인젝터 라인을 통하여 반응가스가 이동하는 동안에 예열되므로 가열된 서셉터로부터 열을 빼앗는 현상도 극복할 수 있다.

Claims (5)

1. 반응기 안쪽의 반응공간에 형성된 상부전극 및 하부전극으로 이루어진 플라즈마를 형성하기 위한 전극장치와, 상기 반응공간과 외부 사이에 형성된 기판 출입구와, 상기 반응공간에 소스가스를 공급하기 위한 소스가스 공급장치와, 상기 반응공간 내에서 기판 처리된 반응물을 배출하기 위한 반응물 배출구와, 상기 반응공간 내에 상기 기판을 위치시키기 위한 서셉터를 구비하는 반도체 소자의 제조 장치에 있어서,

   상기 장치는 반응기벽 외부에 반응기 가열장치를 더욱 구비하고,

   상기 하부전극은 수직 방향으로 상승 및 하강할 수 있으며,

   상기 소스가스 공급장치는 길이 방향으로 연장된 그의 상부 끝단에 위치하여 높이를 조절할 수 있는 출구를 포함하는 인젝터로 구성되며,

   상기 인젝터의 출구는 반응기 내에서 이루어지는 공정의 종류에 따라 그 높이를 상부전극 보다 높은 위치, 상부전극과 동일한 위치 또는 상부전극 보다 낮은 위치에 있도록 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 반응기 가열장치는 저항가열방식 또는 램프가열방식으로 가열하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 반응기의 내벽은 석영 또는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기의 상부전극을 지지하기 위한 지지대를 구비하며, 지지대 중 적어도 하나는 내부에 플라즈마 파워 공급도선을 구비한 절연체인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하부전극은 서셉터이며 상기 상부전극은 도전성 재료로 이루어진 플라즈마 플레이트인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조장치.