KR100337491B1 - apparatus of Chemical Vapor Deposition - Google Patents

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Abstract

반원 또는 일정한 각도의 곡면을 가지는 돔형의 상부 챔버부와 상기 상부 챔버부의 내부에 위치하며, 박막 증착을 위한 반응 가스가 상기 상부 챔버부의 형태에 따라 직선 또는 방사형으로 분출되는 샤워헤드부와 상기 상부 챔버와 오링을 통해 실링되어 있는 하부 챔버부와 박막 형성을 위한 열 에너지원이며, 상기 하부 챔버 하면의 중앙에 형성되어 있는 히터부와 상기 히터부의 하단으로부터 반응 가스가 유입되는 것을 억제하기 위한 가스가 분출되는 노즐부를 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착 장치가 제공된다. 본 발명에 따르면, 박막 증착을 위해 공급되는 반응 가스가 웨이퍼 표면에 직선 또는 방사형으로 분사되어 균일도 특성이 우수한 박막이 형성되며, 챔버 내부의 반응 생성물 또한 현저히 감소된다.Located in the upper chamber portion of the dome-shaped upper chamber portion having a semicircle or a constant angle and the shower head portion and the upper chamber in which a reaction gas for thin film deposition is ejected in a straight line or radially according to the shape of the upper chamber portion And a heat energy source for forming a lower chamber portion and a thin film which are sealed through an o-ring, and a gas for suppressing a reaction gas from flowing from a heater portion formed in the center of the lower chamber bottom surface and a lower end of the heater portion is blown out. Provided is a chemical vapor deposition apparatus comprising a nozzle portion. According to the present invention, the reaction gas supplied for thin film deposition is sprayed linearly or radially on the wafer surface to form a thin film having excellent uniformity characteristics, and the reaction product inside the chamber is also significantly reduced.

Description

화학기상증착 장치{apparatus of Chemical Vapor Deposition}Apparatus of Chemical Vapor Deposition

본 발명은 웨이퍼 표면에 박막을 증착하기 위한 화학기상증착 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박막의 균일도 특성이 우수하고 챔버내 반응 생성물을 최소화시킬 수 있는 개선된 화학기상증착 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a chemical vapor deposition apparatus for depositing a thin film on a wafer surface, and more particularly, to an improved chemical vapor deposition apparatus that is excellent in the uniformity characteristics of the thin film and can minimize the reaction product in the chamber.

반도체 장치가 소형화 및 경량화되는 추세에 따라 그 디자인-룰(Design- rule)이 크게 감소하면서 배선에 의한 RC 지연이 동작 속도를 결정하는 중요한 요인으로 등장하고 있다. 이에 따라 다층 배선 구조가 실용화되고 있는데, 마이크로 프로세서와 같은 고집적회로 소자의 경우 요구되어지는 금속 배선층의 수가 기존의 2∼3층에서 현재는 4∼6층으로 증가되어 가고 있으며, 향후 더 높은 고집적화로 진행될 경우에는 그 이상의 배선층이 사용될 것으로 예상되고 있다.As the size of semiconductor devices becomes smaller and lighter, design-rules are greatly reduced, and RC delay due to wiring has emerged as an important factor for determining the operation speed. As a result, a multi-layer wiring structure has been put to practical use, and in the case of a highly integrated circuit device such as a microprocessor, the number of metal wiring layers required is increasing from the existing 2-3 layers to 4-6 layers, and with higher integration in the future It is expected that more wiring layers will be used if going forward.

이러한 배선층으로는 단차 도포성(step coverage)이 우수하고 도전성이 뛰어난 텅스텐이 주로 사용되고 있으며, 이러한 텅스텐을 증착하기 위한 방법으로는 통상적으로 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; CVD)법을 이용한 CVD 박막이 이용되고 있다.Tungsten excellent in step coverage and excellent conductivity is mainly used as the wiring layer, and as a method for depositing such tungsten, a CVD thin film using chemical vapor deposition (CVD) is commonly used. It is used.

상기 화학기상증착 장치가 적용되는 분야를 살펴보면 다음과 같다.Looking at the field to which the chemical vapor deposition apparatus is applied as follows.

첫째, 폴리실리콘(Poly Silicon layer)막, 구리(Cu), 티타늄/티타늄나이트라이드(Ti/TiN)막, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), W-Six 등과 같은 전기적 전도 특성을 가지는 배선장치 제조에 적용된다.First, a wiring device having electrical conducting characteristics such as a polysilicon layer film, copper (Cu), titanium / titanium nitride (Ti / TiN) film, aluminum (Al), tungsten (W), and W-Six Applied to manufacturing.

두 번째, 여러가지 케미칼을 이용한 SiO2막과 같이 전도성을 띠는 물질막 사이의 절연막으로 이용되는 산화막 증착에 적용된다.Second, the present invention is applied to the deposition of an oxide film used as an insulating film between conductive material films such as SiO 2 films using various chemicals.

세 번째, 디램(Dynamic Random Access Memory) 또는 Flash memory 등과 같은 메모리 소자에서 유전물질(Dielectric meterial)로 이용되는 Si3N4, Ta2O5, BST, PZT, Al2O3등의 고유전 박막 증착에 적용된다.Third, high dielectric thin films such as Si 3 N 4 , Ta 2 O 5 , BST, PZT, and Al 2 O 3 used as dielectric materials in memory devices such as DRAM (Dynamic Random Access Memory) or Flash memory. Applied to the deposition.

네 번째, 반도체 소자를 제조하기 위한 과정에서 후속 패터닝(patterning) 공정을 진행함에 있어서, 반도체 기판 표면의 단차를 완화시키기 위하여, 인(Phosphorus) 또는 보론(Boron)과 같은 불순물이 도우프된 산화막을 형성하기 위한 산화막 형성공정에 적용된다.Fourth, in the subsequent patterning process to manufacture a semiconductor device, in order to alleviate the step difference on the surface of the semiconductor substrate, an oxide film doped with impurities such as phosphorous or boron may be used. It is applied to the oxide film forming process for forming.

한편, 이처럼 반도체 기판에 배선, 산화막등을 형성하기 위한 화학기상증착는, 여러장의 웨이퍼를 동시에 로딩(loading) 시킨후 공정을 진행하는 배치형(Batch Type) 또는 웨이퍼를 한 장씩 로딩시켜 공정을 진행하는 싱글웨이퍼형(single 웨이퍼 Type)이 있다. 상기 싱글웨이퍼형 화학기상장치는 공정 측면에서 여러 가지 장점을 가지고 있으나, 박막의 균일도 특성이 화학기상장치의 구조에 의존한다는 단점이 있다.Meanwhile, chemical vapor deposition for forming wirings, oxide films, and the like on a semiconductor substrate is performed by loading batches of wafers or wafers one by one, and then processing the wafers one by one. There is a single wafer type. The single-wafer type chemical vapor apparatus has various advantages in terms of process, but there is a disadvantage that the uniformity characteristic of the thin film depends on the structure of the chemical vapor apparatus.

이처럼 종래의 화학기상증착 장치들은 증착되는 박막의 균일도 특성이 나쁘고, 반응 챔버 내에 원하지 않는 반응 생성물이 형성된다. 챔버 내의 반응 생성물을 제거하기 위해서 챔버의 세정 주기가 짧아지게 되어 공정이 지연되는등의 단점이 있으며, 이러한 반응 생성물들은 반도체 장치의 신뢰성을 저하시키는파티클(particle)로서 작용하여 전체 수율(yield)을 저하시키는 문제점이 있다.As such, conventional chemical vapor deposition apparatuses have poor uniformity characteristics of the deposited thin film, and unwanted reaction products are formed in the reaction chamber. In order to remove the reaction products in the chamber, the cleaning cycle of the chamber is shortened and the process is delayed. Such reaction products act as particles that degrade the reliability of the semiconductor device, thereby reducing the overall yield. There is a problem of deterioration.

따라서 본 발명의 목적은, 상기한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 개선된 화학기상증착 장치를 제공하는데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide an improved chemical vapor deposition apparatus which can solve the above-mentioned conventional problems.

본 발명의 다른 목적은, 증착되는 박막의 균일도 특성을 향상시킬 수 있는 개선된 화학기상증착 장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an improved chemical vapor deposition apparatus capable of improving the uniformity characteristics of the deposited thin film.

본 발명의 다른 목적은, 챔버 내부에 반응 생성물을 최소화할 수 있는 개선된 화학기상증착 장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an improved chemical vapor deposition apparatus capable of minimizing a reaction product inside a chamber.

본 발명의 다른 목적은, 전체 수율을 증가시킬 수 있는 개선된 화학기상증착 장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an improved chemical vapor deposition apparatus which can increase the overall yield.

본 발명의 또 다른 목적은, 챔버의 세정 주기가 짧아지는 문제점을 해소할 수 있는 개선된 화학기상증착 장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an improved chemical vapor deposition apparatus that can solve the problem of shortening the cleaning cycle of the chamber.

상기한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 웨이퍼 표면에 배선 또는 절연막을 형성하기 위한 박막 증착에 이용되는 화학기상증착 장치에 있어서: 반원 또는 일정한 각도의 곡면을 가지는 돔형의 상부 챔버부와; 상기 상부 챔버부의 내부에 위치하며, 박막 증착을 위한 반응 가스가 상기 상부 챔버부의 형태에 따라 직선 또는 방사형으로 분출되는 샤워헤드부와; 상기 상부 챔버와 오링을 통해 실링되어 있는 하부 챔버부와; 박막 형성을 위한 열 에너지원이며, 상기 하부 챔버 하면의 중앙에 형성되어 있는 히터부와; 상기 히터부의 하단으로부터 반응 가스가 유입되는 것을 억제하기 위한 가스가 분출되는 노즐부를 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착 장치를 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above objects, the present invention provides a chemical vapor deposition apparatus used for thin film deposition for forming wiring or insulating film on a wafer surface, comprising: a dome-shaped upper chamber portion having a semicircle or a curved surface at a predetermined angle; A shower head part disposed in the upper chamber part, and the reaction gas for thin film deposition is ejected in a straight line or a radial shape according to the shape of the upper chamber part; A lower chamber portion sealed through the upper chamber and an O-ring; A heater unit which is a heat energy source for forming a thin film and is formed in the center of the lower chamber bottom; It provides a chemical vapor deposition apparatus comprising a nozzle portion for ejecting a gas for suppressing the reaction gas flows from the lower end of the heater.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학기상증착 장치의 전체 단면도를 나타낸다.1 is a cross-sectional view of a chemical vapor deposition apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2는 상기 화학기상증착 장치의 상부 챔버의 3차원 투시도를 나타낸다.Figure 2 shows a three-dimensional perspective view of the upper chamber of the chemical vapor deposition apparatus.

도 3은 상기 화학기상증착 장치의 상부 챔버의 단면도를 나타낸다.3 shows a cross-sectional view of the upper chamber of the chemical vapor deposition apparatus.

도 4는 상기 화학기상증착 장치의 상부 챔버의 하부 평면도를 나타낸다.4 shows a bottom plan view of the upper chamber of the chemical vapor deposition apparatus.

도 5는 상기 화학기상증착 장치의 하부 챔버의 3차원 투시도를 나타낸다.Figure 5 shows a three-dimensional perspective view of the lower chamber of the chemical vapor deposition apparatus.

도 6은 상기 화학기상증착 장치의 하부 챔버의 단면도를 나타낸다.6 is a sectional view of a lower chamber of the chemical vapor deposition apparatus.

도 7은 상기 화학기상증착 장치의 하부 챔버의 하부 평면도를 나타낸다.7 shows a bottom plan view of the lower chamber of the chemical vapor deposition apparatus.

도 8은 상기 화학기상증착 장치의 히터부의 단면도를 나타낸다.8 is a sectional view of a heater part of the chemical vapor deposition apparatus.

도 9는 상기 화학기상증착 장치의 히터부의 내부 히터부의 평면도를 나타낸다.9 is a plan view of an internal heater part of the heater part of the chemical vapor deposition apparatus.

도 10은 상기 화학기상증착 장치의 히터부의 외부 히터부의 평면도를 나타낸다.10 is a plan view of an external heater unit of the heater unit of the chemical vapor deposition apparatus.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 제시된 도면들을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학기상증착 장치의 전체 단면도를 나타낸다.1 is a cross-sectional view of a chemical vapor deposition apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 상기 화학기상증착 장치는 크게, 상부 챔버, 상부 챔버 내부에 형성되어 있는 샤워헤드, 하부 챔버, 하부 챔버의 소정영역에 형성되어 있는 열원등으로 구성되는데, 이러한 구성은 하기의 도면들에 의해 상세히 설명된다.Referring to the drawings, the chemical vapor deposition apparatus is largely composed of an upper chamber, a shower head formed in the upper chamber, a lower chamber, a heat source formed in a predetermined region of the lower chamber, and the like. It is explained in detail by these.

도 2는 상기 화학기상증착 장치의 상부 챔버의 3차원 투시도를 나타내며, 도 3은 상기 화학기상증착 장치의 상부 챔버의 단면도를 나타내며, 도 4는 상기 화학기상증착 장치의 상부 챔버의 하부 평면도를 나타낸다.Figure 2 shows a three-dimensional perspective view of the upper chamber of the chemical vapor deposition apparatus, Figure 3 shows a cross-sectional view of the upper chamber of the chemical vapor deposition apparatus, Figure 4 shows a bottom plan view of the upper chamber of the chemical vapor deposition apparatus. .

도면을 참조하면, 반원 또는 일정한 각도의 곡면을 가지는 상부 챔버의 측벽(3), 일정한 형태의 홀을 가진 제1샤워헤드(3a) 및 제2샤워헤드(3b), 그리고 외부로부터 가스가 유입되는 가스라인(5)이 도시되어 있다.Referring to the drawings, the side wall 3 of the upper chamber having a semicircle or an angled curved surface, the first showerhead 3a and the second showerhead 3b having a predetermined shape of holes, and gas from the outside Gas line 5 is shown.

이때 상기 제1샤워헤드(3a) 및 제2샤워헤드(3b)에 형성되어 있는 홀의 개수, 직경(Diameter) 및 홀의 배열 형태는 박막의 균일도 특성을 개선시킬 수 있는 최상의 형태로 구현한다. 즉, 증착하고자 하는 박막의 특성에 따라 제1샤워헤드(3a) 및제2샤워헤드(3b)의 홀의 사이즈와 개수를 달리 구성하고, 상기 제1/제2샤워헤드(3a,3b)는 박막의 균일도 특성이 최적이 될수 있는 최적의 거리에 형성시키는 것이 바람직하다. 또한, 이처럼 제1샤워헤드(3a) 및 제2샤워헤드(3b)간의 최적의 거리를 만들기 위해서는 상기 제1샤워헤드(3a) 또는 제2샤워헤드(3b)의 플레이트를 이동가능하게 형성시키는 것이 바람직하다. 상기한 샤워헤드로부터 분사되는 가스의 흐름은 직진 또는 상부 챔버의 형태에 따라 방사형을 이루게 되므로, 웨이퍼 표면에 증착되는 박막의 균일도 특성이 향상된다.At this time, the number of holes, the diameter, and the arrangement of the holes formed in the first shower head 3a and the second shower head 3b are realized in the best form to improve the uniformity characteristics of the thin film. That is, the size and number of holes of the first showerhead 3a and the second showerhead 3b are differently configured according to the characteristics of the thin film to be deposited, and the first and second showerheads 3a and 3b are formed of the thin film. It is desirable to form at an optimal distance where uniformity characteristics can be optimal. In addition, in order to make the optimal distance between the first shower head 3a and the second shower head 3b, it is possible to form the plate of the first shower head 3a or the second shower head 3b to be movable. desirable. Since the flow of gas injected from the shower head is radial according to the shape of the straight or the upper chamber, the uniformity characteristic of the thin film deposited on the wafer surface is improved.

한편, 상기 제1/제2샤워헤드(3a,3b)를 제조하기 위한 재료로서는, 니켈(Nikel)을 사용하는 것이 바람직하나, 증착시키고자 하는 박막 재료, 즉, 리모우트 플라즈마 클리닝 가스의 종류에 따라 순수 알루미늄(pure aluminum) 또는 산화알루미늄(oxidized aluminum)으로 형성할 수도 있다.Nickel is preferably used as the material for manufacturing the first and second shower heads 3a and 3b. However, the thin film material to be deposited, that is, the type of remote plasma cleaning gas, is used. Therefore, it may be formed of pure aluminum or aluminum oxide (oxidized aluminum).

상기 외부로부터 가스가 유입되는 제1/제2샤워헤드(3a,3b) 구성을 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.Looking at the configuration of the first / second shower head (3a, 3b) that the gas flows from the outside in more detail as follows.

가스 라인(5)으로부터 가스가 공급되면, 1차적으로 일정한 갯수의 구멍이 가지는 제1샤워헤드(3a)를 통과한 뒤, 이처럼 1차 통과된 가스는 일정한 거리의 간격을 두고 형성되어 있는 제2샤워헤드(3b) 판을 통과한다. 상기 제2샤워헤드(3b) 판에 형성되어 있는 홀의 수는 제1샤워헤드(3a) 판에 형성되어 있는 홀의 수보다 많은 양의 홀 수를 가지는 것을 특징으로 한다.When the gas is supplied from the gas line 5, after passing through the first shower head 3a having a predetermined number of holes, the firstly passed gas is formed at a predetermined distance interval. Passes through the showerhead 3b plate. The number of holes formed in the plate of the second showerhead 3b has a larger number of holes than the number of holes formed in the plate of the first showerhead 3a.

따라서, 다수개의 홀이 형성되어 있어 외부에서 유입되는 반응 개스들이 로딩되어 있는 웨이퍼의 표면으로 직진 또는 상기 상부 챔버의 형태에 따라 방사형을이루면서 웨이퍼 표면에 도달함으로써, 증착되는 막질의 균일도 특성이 향상될 수 있다. 또한, 표면에서 증착되는 박막의 화학량론(Stoichiometeric) 측면에서 우수한 특성을 가지는 박막을 증착시킬수 있다. 또한, 웨이퍼 내에서 패턴이 없는 플래너 대비 패턴 밀도가 높은 영역에서의 로딩 효과를 크게 개선시킬 수 있다.Therefore, a plurality of holes are formed so that the reaction gases flowing from outside may reach the surface of the wafer where the reaction gases are loaded or radially depending on the shape of the upper chamber, thereby improving the uniformity characteristics of the deposited film. Can be. In addition, it is possible to deposit a thin film having excellent characteristics in terms of stoichiometer of the thin film deposited on the surface. In addition, it is possible to greatly improve the loading effect in a region having a high pattern density compared to a planner without a pattern in the wafer.

도 5는 상기 화학기상증착 장치의 하부 챔버의 3차원 투시도를 나타내며, 도 6은 상기 화학기상증착 장치의 하부 챔버의 단면도를 나타내며, 도 7은 상기 화학기상증착 장치의 하부 챔버의 하부 평면도를 나타낸다.Figure 5 shows a three-dimensional perspective view of the lower chamber of the chemical vapor deposition apparatus, Figure 6 shows a cross-sectional view of the lower chamber of the chemical vapor deposition apparatus, Figure 7 shows a bottom plan view of the lower chamber of the chemical vapor deposition apparatus. .

도면을 참조하면, 챔버 상단에 진공 실링(Vacuum Sealing)을 유지 시켜주기 위한 오링(O-RING)이 들어갈 홈(7-1)이 형성되어 있으며, 챔버 상단으로부터 일정한 용량을 가지는 원통 수직형의 챔버 측벽(21)이 형성되어 있다. 하부 챔버 바닥 부분의 일정 높이에서 바닥까지는 일정한 각을 가지는 테이퍼 타입으로 경사지게 형성된 테핑(Taping) 챔버(9)가 형성되어 있으며, 챔버 바닥의 중앙에는 본 발명에서 제시하고자 하는 열원이 되는 히터(11)가 위치할 부분에 일정한 형태의 홀(11-1)이 형성되어 있다. 원통 챔버 한쪽으로는 공정을 위한 웨이퍼를 로딩/언로딩 시킬수 있는 슬랏(13)이 형성되어 있다. 그리고, 원통 챔버 측벽(21)으로는 챔버 내부의 진공 유지 및 공정 가스의 흐름을 방사형으로 유도하여 박막의 균일도 특성을 향상시키기 위한 비대칭형의 진공 가이드(Vacuum Guide)(15)가 형성되어 있다. 그리고, 웨이퍼가 로딩/언로딩되는 부분의 반대편에는 진공 가이드(15)와 연계된 진공 포트(Port)(17)가 형성되어 있으며, 하부 챔버의 측벽(21)의 소정영역에는 하부 챔버 내부의 상태를 측정하기 위한 게이트 포트(19)가 형성되어 있다.Referring to the drawings, a groove 7-1 is formed in the upper end of the chamber for the O-ring to maintain the vacuum sealing (Vacuum Sealing), the cylindrical vertical chamber having a constant capacity from the top of the chamber The side wall 21 is formed. A taping chamber 9 is formed to be inclined in a tapered type having a predetermined angle from a predetermined height of the lower chamber bottom portion, and a heater 11 serving as a heat source to be proposed in the present invention is formed at the center of the chamber bottom. The hole 11-1 of a certain form is formed in the part in which the is to be located. One side of the cylindrical chamber is formed with a slot 13 for loading / unloading a wafer for processing. In addition, an asymmetric vacuum guide 15 is formed on the cylindrical chamber sidewall 21 to improve the uniformity characteristic of the thin film by radially inducing the vacuum in the chamber and the flow of the process gas. In addition, a vacuum port 17 associated with the vacuum guide 15 is formed on the opposite side of the portion where the wafer is loaded / unloaded, and a state inside the lower chamber is formed in a predetermined region of the side wall 21 of the lower chamber. The gate port 19 for measuring is formed.

또한, 챔버 내부를 진공 상태로 유지시키고, 공정시 가스의 흐름을 유도하기 위하여 내부 진공 플레이트(23)와 외부 진공 플레이트(25)가 형성되어 있으며, 히터 하단으로부터 반응가스의 유입을 억제하기 위한 질소(N2) 노즐(27)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 질소 노즐(27)의 유로 조절을 위하여 내부 진공 플레이트에 질소 가스 슬랏을 형성한다.In addition, the inner vacuum plate 23 and the outer vacuum plate 25 are formed to maintain the inside of the chamber in a vacuum state and induce a gas flow during the process, and nitrogen for suppressing the inflow of the reaction gas from the lower end of the heater. (N 2 ) The nozzle 27 is formed. In addition, a nitrogen gas slot is formed on the internal vacuum plate to adjust the flow path of the nitrogen nozzle 27.

이때, 상기 상부 챔버와 하부 챔버 사이의 진공상태를 유지시키기 위해서, 상기한 더블 오링(7) 이외에 싱글 오링을 사용할 수도 있다.In this case, in order to maintain a vacuum state between the upper chamber and the lower chamber, a single O-ring may be used in addition to the double O-ring 7 described above.

도 8은 상기 화학기상증착 장치의 히터부의 단면도를 나타내며, 도 9는 상기 화학기상증착 장치의 히터부의 내부 히터부의 평면도를 나타내며, 도 10은 상기 화학기상증착 장치의 히터부의 외부 히터부의 평면도를 나타낸다.FIG. 8 is a sectional view of a heater part of the chemical vapor deposition apparatus, FIG. 9 is a plan view of an internal heater part of the heater part of the chemical vapor deposition device, and FIG. 10 is a plan view of an external heater part of the heater part of the chemical vapor deposition device. .

도면을 참조하면, 내부 히터(29)는 전체 웨이퍼(33) 직경 보다 약간 작은 정도의 직경을 가지며, 챔버 내부의 전체 온도를 제어하는 기능을 한다. 상기 내부 히터(29)의 히팅 엘리먼트 재질로서는, 몰리브덴(Mo) 또는 세라믹(ceramic)을 이용할 수 있다.Referring to the drawings, the internal heater 29 has a diameter slightly smaller than the diameter of the entire wafer 33, and functions to control the overall temperature inside the chamber. Molybdenum (Mo) or ceramic may be used as the heating element material of the internal heater 29.

외부 히터(31)로서 기능하는 히터 블록은 웨이퍼의 외부 직경의 2~10mm 정도 외부에 위치되도록 형성하는데, 챔버의 측벽과 가깝기 때문에 열 손실이 매우 크다. 따라서, 웨이퍼 표면의 온도를 균일하게 유지시키기 위해서는 외부 히터(31)의 온도를 제어하여야 하는데, 상기 외부 히터(31)의 히팅 엘리먼트 재질로서는, 몰리브덴(Mo) 또는 세라믹(ceramic)을 이용할 수 있다. 그리고, 상기 히팅 엘리먼트를감싸고 히터로부터 발생된 열을 서셉터(Susceptor)(33)로 전달시킬 수 있는 상기 외부 히터(31)로서 기능하는 히터 블록은 알루미늄 나이트라이드(AlN)등의 세라믹 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 서셉터(33)의 표면에는 로딩되는 웨이퍼의 미끄러짐을 방지하기 위하여 일정한 패턴으로 요철을 형성시킨다.The heater block functioning as the external heater 31 is formed so as to be located outside about 2 to 10 mm of the outer diameter of the wafer, and the heat loss is very large because it is close to the side wall of the chamber. Therefore, in order to maintain the temperature of the wafer surface uniformly, the temperature of the external heater 31 must be controlled. As the heating element material of the external heater 31, molybdenum (Mo) or ceramic (ceramic) may be used. The heater block, which functions as the external heater 31 that surrounds the heating element and transfers heat generated from the heater to the susceptor 33, is formed of a ceramic material such as aluminum nitride (AlN). It is desirable to. In this case, irregularities are formed on the surface of the susceptor 33 in a predetermined pattern in order to prevent slippage of the loaded wafer.

또한, 웨이퍼(33)를 히터 상부에 로딩/언로딩시키는 리프트 핀은 Al2O3등의 세라믹 재질로 형성하는 것이 바람직하다.In addition, the lift pin for loading / unloading the wafer 33 on the heater is preferably formed of a ceramic material such as Al 2 O 3 .

한편, 챔버 내부의 온도를 제어하기 위해 히터 중앙과 엣지에 각각 내부 열 커플부(35)와 외부 열 커플부(37)를 형성한다.On the other hand, in order to control the temperature inside the chamber, the inner heat coupler 35 and the outer heat coupler 37 are formed at the heater center and the edge, respectively.

도 11은 상기 화학기상증착 장치의 외부 히터의 후면 평면도를 나타낸다.11 shows a rear plan view of an external heater of the chemical vapor deposition apparatus.

도면을 참조하면, 웨이퍼가 인/아웃(in/out)되는 밸브 부분의 히팅 엘리먼트 도면을 도시한 것으로 슬랏 벨브가 개/폐(open/close)되면서 외부로 열손실이 다른 부분보다 많아지게 된다. 따라서 이 부분에 증착되는 박막의 균일도 특성이 다른 지역보다 얇게 증착된다. 따라서 이부분의 열 손실을 보전 시키기 위하여 히팅 엘리먼트의 두께를 다른 부분보다 얇게 형성시켜(참조부호 'A') 같은 전기저항을 줄때 다른 부분보다 전기저항이 높으므로 외부로부터의 열 손실을 보전시켜줄 수 있다.Referring to the drawings, the drawing shows a heating element drawing of the valve portion in which the wafer is in / out, and as the slot valve is opened / closed, heat loss to the outside becomes greater than that of other portions. Therefore, the uniformity property of the thin film deposited on this portion is deposited thinner than other regions. Therefore, in order to preserve the heat loss of this part, the thickness of the heating element is made thinner than other parts (reference 'A') to give the same electric resistance. have.

이와 같이, 상기 본 발명에 따른 화학기상증착 장치의 히터부는 히터 센터를 중심으로 슬랏 밸브의 직경을 축으로 해서 이등변 삼각형을 형성시킬때 삼각형 내부에 위치하는 히터의 두께를 얇게 형성시키는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 히터부가 제어할 수 있는 온도 범위를 약 300℃ 에서 850℃ 이다. 또한, 상기 히터는 본 발명에서 구현하고자 하는 박막의 형성을 위해 제공되는 열 활성화 에너지를 제공하는 열원으로서 외부에서 공급된 전기에너지를 열에너지로 전환시키는 히팅 엘리먼트가 포함되는데, 상기 히팅 엘리먼트를 감싸고 있는 세라믹(ceramic) 재질로 (AlN, Al2O3등) 구성되어 있는것과, 내부의 온도를 제어하기 위해 온도를 측정할수 있는 thermal couple Heater 내부의 정해진 위치에 존재하는것과, 열 커플은 히터 표면 온도의 균일도를 최적의 조건으로 형성시킬 수 있도록 요구되는 갯수로 형성되어 있다.As described above, when the heater unit of the chemical vapor deposition apparatus according to the present invention forms an isosceles triangle based on the diameter of the slot valve around the heater center, the heater is thinly formed. . In addition, the temperature range that the heater unit can control is about 300 ℃ to 850 ℃. In addition, the heater is a heat source for providing a heat activation energy provided for the formation of a thin film to be implemented in the present invention includes a heating element for converting the electrical energy supplied from the outside into thermal energy, the ceramic surrounding the heating element consisting of (ceramic) material (AlN, Al 2 O 3, etc.), being present at a fixed location inside the thermal couple heater that can measure temperature to control the internal temperature, and the thermal couple It is formed in the required number so that uniformity can be formed under optimum conditions.

또한, 상기 히터 상부에 웨이퍼가 놓이는 표면을 서셉터(Susceptor)라 할때 서셉터의 구성은 웨이퍼가 직접 안착되는 서셉터 가이드와 웨이퍼를 움직이게 하는 리프트 핀을 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, when the surface on which the wafer is placed on the heater is called a susceptor, the configuration of the susceptor is characterized by forming a susceptor guide on which the wafer is directly seated and a lift pin for moving the wafer.

그러면, 상기한 구성을 가지는 화학기상증착 장치를 이용하여 반도체 소자의 여러 가지 박막을 제조하는 방법을 다양한 실시예를 들어 살펴보면 다음과 같다.Then, a method of manufacturing various thin films of a semiconductor device using the chemical vapor deposition apparatus having the above configuration will be described with reference to various embodiments.

먼저, 1가지 종류의 반응 가스를 이용하여 박막을 제조하고자 하는 경우에는, 샤워헤드(3a,3b)를 통해서 반응 가스를 유입시킨다.First, when a thin film is to be manufactured using one kind of reaction gas, the reaction gas is introduced through the shower heads 3a and 3b.

예를 들면, 챔버 내부에 SiH4가스 또는 Si2H6가스를 유입시키고 챔버 내의 반응 온도를 450℃ 내지 650℃로 유지시키면 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 공정에 의한 무정형실리콘(amorphose Silicon) 또는 다결정실리콘(Polycrystalline Silicon)막이 증착된다.For example, when SiH 4 gas or Si 2 H 6 gas is introduced into the chamber and the reaction temperature in the chamber is maintained at 450 ° C. to 650 ° C., amorphous silicon (LPMO) or low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) is used. A polycrystalline silicon film is deposited.

또는, 챔버 내부에 SiH4가스 또는 Si2H6가스를 유입시킨 뒤, 챔버 내의 반응 온도를 450℃ 내지 650℃로 유지시키고, 압력을 10E-5 Torr 이하로 제어하면 선택적으로 반구형 실리콘 그레인이 형성된다.Alternatively, after introducing SiH 4 gas or Si 2 H 6 gas into the chamber, the reaction temperature in the chamber is maintained at 450 ° C. to 650 ° C., and the pressure is controlled to 10 E-5 Torr or less to selectively form hemispherical silicon grains. do.

한편, 2가지 종류 이상의 반응 가스를 이용하여 박막을 형성시키고자 하는 경우에는, 1차 반응 가스를 먼저 유입시킨 뒤, 2차 반응 가스를 유입시키거나, 2가지 종류의 반응 가스를 동시에 유입시킨다.On the other hand, when a thin film is to be formed using two or more kinds of reaction gases, the first reaction gas is introduced first and then the second reaction gas is introduced or two kinds of reaction gases are introduced at the same time.

예를 들면, NH3가스와 SiH2Cl2가스를 이용하여 질화막(Si3N4)을 형성시킬 경우에는, N2O 가스를 먼저 유입시킨 후, 연속적으로 NH3가스와 SiH2Cl2가스를 유입시키고, 챔버 내의 반응 온도를 500℃ 에서 800℃로 유지시키고, 압력을 300 Torr 이하로 유지시키면 질화막이 형성된다.For example, when forming a nitride film (Si3N4) using NH 3 gas and SiH 2 Cl 2 gas, N 2 O gas is introduced first, and then NH 3 gas and SiH 2 Cl 2 gas are continuously introduced. The nitride film is formed by maintaining the reaction temperature in the chamber at 500 ° C. to 800 ° C. and maintaining the pressure at 300 Torr or lower.

또는, NH3가스와 SiH4가스를 이용하여 질화막을 형성시킬 경우에는, N2O 가스를 먼저 유입시킨 후, 연속적으로 상기 NH3가스와 SiH4가스를 동시에 유입시키고, 챔버 내의 반응 온도를 500℃ 에서 800℃로 유지시키고, 압력을 300 Torr 이하로 유지시키면 질화막이 형성된다.Alternatively, when a nitride film is formed using NH 3 gas and SiH 4 gas, N 2 O gas is introduced first, and then the NH 3 gas and SiH 4 gas are continuously introduced at the same time, and the reaction temperature in the chamber is 500. The temperature is maintained at 800 ° C. and the pressure is maintained at 300 Torr or lower to form a nitride film.

또는, NH3가스와 SiCl4를 이용하여 질화막을 형성시킬 경우에는, N2O 가스를 먼저 유입 시킨 다음 연속적으로 상기 NH3가스와 SiCl4를 동시에 유입시키고, 챔버 내의 반응 온도를 500℃ 에서 800℃로 유지시키고, 압력을 300 Torr 이하로 유지시키면 질화막이 형성된다.Alternatively, when a nitride film is formed using NH 3 gas and SiCl 4 , N 2 O gas is introduced first, and then the NH 3 gas and SiCl 4 are introduced at the same time, and the reaction temperature in the chamber is 800 ° C. at 800 ° C. When the temperature is maintained at 占 폚 and the pressure is maintained at 300 Torr or lower, a nitride film is formed.

또는, NH3가스와 SiCl6가스를 이용하여 질화막을 형성시킬 경우에는, N2O 가스를 먼저 유입시킨 후, 연속적으로 상기 NH3가스와 SiCl6가스를 동시에 유입시키고, 챔버 내의 반응 온도를 500℃ 에서 800℃로 유지시키고, 압력을 300 Torr 이하로 유지시키면 질화막이 형성된다.Alternatively, when a nitride film is formed using NH 3 gas and SiCl 6 gas, N 2 O gas is introduced first, and then the NH 3 gas and SiCl 6 gas are introduced at the same time, and the reaction temperature in the chamber is 500. The temperature is maintained at 800 ° C. and the pressure is maintained at 300 Torr or lower to form a nitride film.

한편, O2가스와 SiH4가스를 이용하여 산화막(SiO2)을 형성시킬 경우, O2가스를 먼저 유입시킨 후, 연속적으로 O2가스와 SiH4를 동시에 유입시키고, 챔버 내의 반응 온도를 300℃ 에서 800℃로 유지시키고, 압력을 300 Torr 이하로 유지시키면 산화막이 형성된다.On the other hand, in the case of forming an oxide film (SiO 2) using O 2 gas and SiH 4 gas, O 2 gas is introduced first, and then O 2 gas and SiH 4 are continuously introduced at the same time, and the reaction temperature in the chamber is 300 ° C. At 800 ° C. and at a pressure of 300 Torr or lower to form an oxide film.

또는, N2O 가스와 SiH2Cl2가스를 이용하여 산화막을 형성시킬 경우, N2O 가스를 먼저 유입시킨 후, 연속적으로 N2O 가스와 SiH2Cl2가스를 동시에 유입시키고, 챔버 내의 반응 온도를 300℃ 에서 800℃로 유지시키고, 압력을 300 Torr 이하로 유지시키면 산화막이 형성된다.Alternatively, when an oxide film is formed using N 2 O gas and SiH 2 Cl 2 gas, N 2 O gas is introduced first, and then N 2 O gas and SiH 2 Cl 2 gas are continuously introduced at the same time, and When the reaction temperature is maintained at 300 ° C. to 800 ° C. and the pressure is maintained at 300 Torr or less, an oxide film is formed.

또는, N2O 가스와 SiH4가스를 이용하여 산화막을 형성시킬 경우, N2O 가스를 먼저 유입시킨 후, 연속적으로 N2O 가스와 SiH4가스를 동시에 유입시키고, 챔버 내의 반응 온도를 300℃ 에서 800℃로 유지시키고, 압력을 300 Torr 이하로 유지시키면 산화막이 형성된다.Alternatively, when an oxide film is formed using N 2 O gas and SiH 4 gas, N 2 O gas is introduced first, and then N 2 O gas and SiH 4 gas are continuously introduced at the same time, and the reaction temperature in the chamber is 300. When the temperature is maintained at 800 ° C. and the pressure is maintained at 300 Torr or less, an oxide film is formed.

그리고, 3가지 종류 이상의 반응 가스를 유입시켜 CVD 박막을 형성시키고자 하는 경우에는, 한 가지 또는 두 가지 반응 가스를 먼저 유입시킨 후 나머지 가스를 유입시켜 CVD 박막을 형성시킨다.In order to form a CVD thin film by introducing three or more kinds of reactive gases, one or two reactive gases may be introduced first and then the remaining gases may be introduced to form the CVD thin film.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 웨이퍼 표면에 박막을 증착하기 위한 화학기상증착 장치를 구현함에 있어서, 상부 챔버를 곡선 또는 일정한 각도를 가지는 돔형으로 형성함으로써, 박막 증착을 위해 공급되는 반응 가스가 웨이퍼 표면에 직선 또는 방사형으로 분사되도록 유도하여 박막의 균일도 특성을 향상시킨다.As described above, in the present invention, in implementing a chemical vapor deposition apparatus for depositing a thin film on the wafer surface, by forming the upper chamber in a domed shape having a curved or constant angle, the reaction gas supplied for the thin film deposition is a wafer surface It is induced to be sprayed in a straight or radial to improve the uniformity characteristics of the thin film.

또한, 챔버 내부의 온도를 제어하는 히터를 이중 구조로 형성함으로써, 챔버의 측벽으로부터의 열손실량을 최소화하여 박막의 균일도 특성을 향상시킨다.In addition, by forming a heater to control the temperature inside the chamber in a double structure, the heat loss from the side wall of the chamber is minimized to improve the uniformity characteristics of the thin film.

또한, 외부 히터의 히팅 엘리먼트 두께를 다른 부분보다 얇게 형성시킴으로써 웨이퍼 표면에 증착되는 박막의 균일도 특성을 향상시키고, 증착되는 막질의 화학량론적인 특성 또한 크게 향상시킨다.In addition, by forming the heating element thickness of the external heater to be thinner than other parts, the uniformity characteristic of the thin film deposited on the wafer surface is improved, and the stoichiometric characteristic of the deposited film quality is also greatly improved.

또한, 질소 노즐을 통해 질소 가스를 유입시켜 히터 하단부로의 반응 가스의 유입을 억제하여 챔버 내부의 반응 생성물을 감소시키고, 그로 인해 챔버의 세정 주기를 연장시키고, 로딩 효과를 개선시킬 수 있게 된다.In addition, nitrogen gas is introduced through the nitrogen nozzle to suppress the inflow of the reaction gas to the lower end of the heater, thereby reducing the reaction product in the chamber, thereby extending the cleaning cycle of the chamber and improving the loading effect.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 화학기상증착 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변경 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.What has been described above is only one embodiment for carrying out the chemical vapor deposition apparatus according to the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiment, but deviates from the gist of the present invention claimed in the following claims. Without departing from the art, any person having ordinary skill in the art may understand that changes can be made.

Claims (11)

웨이퍼 표면에 배선 또는 절연막을 형성하기 위한 박막 증착에 이용되는 화학기상증착 장치에 있어서:In a chemical vapor deposition apparatus used for thin film deposition for forming wiring or insulating film on the wafer surface: 반원 또는 일정한 각도의 곡면을 가지는 돔형의 상부 챔버부와;A domed upper chamber portion having a semicircle or a curved surface at an angle; 상기 상부 챔버부의 내부에 위치하며, 박막 증착을 위한 반응 가스가 상기 상부 챔버부의 형태에 따라 직선 또는 방사형으로 분출되는 샤워헤드부와;A shower head part disposed in the upper chamber part, and the reaction gas for thin film deposition is ejected in a straight line or a radial shape according to the shape of the upper chamber part; 상기 상부 챔버와 오링을 통해 실링되어 있는 하부 챔버부와;A lower chamber portion sealed through the upper chamber and an O-ring; 박막 형성을 위한 열 에너지원이며, 상기 하부 챔버 하면의 중앙에 형성되어 있는 히터부와;A heater unit which is a heat energy source for forming a thin film and is formed in the center of the lower chamber bottom; 상기 히터부의 하단으로부터 반응 가스가 유입되는 것을 억제하기 위한 가스가 분출되는 노즐부를 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.And a nozzle unit through which a gas is ejected to suppress the reaction gas from flowing from the lower end of the heater unit. 제 1항에 있어서, 상기 하부 챔버는 챔버 상단으로부터 일정한 용량을 가지는 원통 수직형이며, 챔버 바닥 부분의 일정 높이에서 바닥까지는 일정한 각도를 가지는 테이퍼 타입으로 경사지게 형성되어 있으며, 챔버 한쪽으로는 공정을 위한 웨이퍼를 로딩/언로딩시킬 수 있는 슬랏이 형성되어 있으며, 챔버 측벽에는 챔버 내부의 진공 유지 및 방사형의 가스 흐름을 유도하기 위한 비대칭 형태의 진공 가이드가 형성되어 있으며, 질소 노즐로부터 분출되는 질소 가스의 유로를 형성하기위한 질소 가스 슬랏이 형성되어 있으며, 웨이퍼가 로딩/언로딩되는 부분의 반대편에는 진공 포트가 형성되어 있음을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.The method of claim 1, wherein the lower chamber is a cylindrical vertical type having a constant capacity from the top of the chamber, the bottom chamber is formed to be inclined in a tapered type having a constant angle from a certain height to the bottom of the chamber bottom, one side of the chamber for the process A slot for loading / unloading a wafer is formed, and an asymmetric vacuum guide is formed on the sidewall of the chamber to maintain a vacuum inside the chamber and to induce a radial gas flow. And a nitrogen gas slot for forming a flow path, and a vacuum port is formed on the opposite side of the portion where the wafer is loaded / unloaded. 제 1항 있어서, 상기 샤워헤드부는 외부로부터 공급되는 반응 가스가 1차적으로 통과하는 제1샤워헤드와,The method of claim 1, wherein the shower head portion and the first shower head through which the reaction gas supplied from the outside primarily; 증착되는 박막의 균일도 특성을 향상시키기 위해서 상기 제1샤워헤드와 일정한 거리의 간격을 두고 형성되어 있으며, 상기 제1샤워헤드에 비해 많은 수의 홀을 가지며, 상기 제1샤워헤드를 통과한 반응 가스가 2차적으로 통과하는 제2샤워헤드로 구성됨을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.In order to improve the uniformity characteristic of the deposited thin film, the first showerhead is formed at a predetermined distance from the first showerhead, and has a larger number of holes than the first showerhead and passes through the first showerhead. The chemical vapor deposition apparatus, characterized in that consisting of a second showerhead passing secondarily. 제 3항에 있어서, 상기 제1샤워헤드와 제2샤워헤드 사이의 간격을 일정하게 유지시키기 위해서, 상기 제1샤워헤드 또는 제2샤워헤드를 이동가능하게 형성함을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.4. The chemical vapor deposition apparatus according to claim 3, wherein the first shower head or the second shower head is movably formed so as to maintain a constant distance between the first shower head and the second shower head. . 제 1항에 있어서, 상기 히터부는 외부에서 공급된 전기에너지를 열에너지로 전환시키는 히팅 엘리먼트를 구비함을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.The chemical vapor deposition apparatus according to claim 1, wherein the heater unit comprises a heating element for converting electrical energy supplied from the outside into thermal energy. 제 5항에 있어서, 상기 히터의 히팅 엘리먼트는 몰리브덴(Mo) 또는 세라믹(Sic)으로 형성함을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.6. The chemical vapor deposition apparatus according to claim 5, wherein the heating element of the heater is formed of molybdenum (Mo) or ceramic (Sic). 제 1항에 있어서, 상기 히터부는 알루미늄 나이트라이드(AlN)로 이루어짐을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.The chemical vapor deposition apparatus according to claim 1, wherein the heater part is made of aluminum nitride (AlN). 제 1항에 있어서, 상기 샤워헤드부는 니켈 또는 증착시키고자 하는 박막의 재료에 따라 순수 알루미늄 또는 산화알루미늄으로 형성함을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.The chemical vapor deposition apparatus according to claim 1, wherein the showerhead is formed of pure aluminum or aluminum oxide, depending on the material of nickel or the thin film to be deposited. 제 1항에 있어서, 상기 상부 챔버부와 하부 챔버부 사이를 진공 상태로 유지시키기 위해, 상부 챔버부와 하부 챔버부 사이에 싱글 또는 더블 오링을 형성함을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.The chemical vapor deposition apparatus according to claim 1, wherein a single or double O-ring is formed between the upper chamber portion and the lower chamber portion to maintain the vacuum between the upper chamber portion and the lower chamber portion. 제 1항에 있어서, 제 1항에 있어서, 상기 외부 히터의 히팅 엘리먼트 두께는다른 부분보다 얇게 형성시킴을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.The chemical vapor deposition apparatus according to claim 1, wherein the heating element thickness of the external heater is made thinner than other portions. 제 1항에 있어서, 상기 히터는 챔버의 측벽으로부터 손실되는 열량을 보존하기 위하여 외부 히터와 내부 히터의 이중 구조로 형성함을 특징으로 하는 화학기상증착 장치.The chemical vapor deposition apparatus according to claim 1, wherein the heater is formed of a dual structure of an external heater and an internal heater to preserve the amount of heat lost from the side wall of the chamber.
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