KR100345053B1

KR100345053B1 - Ｈｓｇ-ｓｉ 제조 방법 및 상기 방법을 수행하는 장치

Info

Publication number: KR100345053B1
Application number: KR1019990042366A
Authority: KR
Inventors: 윤종영
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 1999-10-01
Publication date: 2002-07-19
Also published as: US20020106894A1; US6398873B1; US6838127B2; JP2001118800A; KR20010035673A

Abstract

HSG-SI 제조 방법 및 상기 방법을 수행하는 반도체 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 그 상부가 돔형상으로 제작된 가공 챔버를 형성하는 하우징을 구비한다. 상기 가공 챔버 내에는 웨이퍼가 안착되는 제1 히터가 고정적으로 설치되며, 상기 가공 챔버의 상부에는 가공 챔버 내의 온도를 상승시키기 위한 제2 히터가 고정적으로 설치된다. 제1, 제2 히터 및 상기 가공 챔버 내에 형성되는 복사열을 이용하여 상기 웨이퍼에 묻어 있는 수분을 제거한 후, 가스 인젝터를 통하여 상기 웨이퍼 상에 HSG-SI가 성장될 수 있도록 상기 제1 히터 상에 안착된 웨이퍼의 상면으로 가스를 분사하여 웨이퍼상에 무정형 실리콘을 증착시킨다. 상기 무정형 실리콘이 HSG-SI 층으로 전이될 수 있도록 소정 시간동안 상기 웨이퍼를 어닐링시킨다. 상기 가공 챔버의 내부와 상기 가공 챔버의 외부 사이에는 단열부재가 설치되어 상기 가공 챔버 내의 온도가 상기 가공 챔버의 외부로 전달되는 것을 방지한다.

Description

ＨＳＧ-ＳＩ 제조 방법 및 상기 방법을 수행하는 장치{METHOD AND APPARATUS FOR FORMING HSG-SI LAYER ON A WAFER}

본 발명은 HSG-SI 제조 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 메모지 장치의 제조시에 필요한 HSG-SI(hemi-spherical grained silicon) 층을 제조하기 위한 HSG-SI 제조 방법 및 상기 방법을 수행하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자는 실리콘으로 형성되는 웨이퍼 상에 반도체 장비를 이용하여 소정의 전기적 특성을 갖는 막질(thin film)을 도포시키므로써 제조된다. 상기 막질은 통상적으로 리소그래피, 화학 또는 물리적 증착, 플라즈마 에칭 및 HSG-SI 제조공정 등과 같은 일련의 반도체 공정을 통해 상기 웨이퍼 상에 도포되며, 상기 도포 공정이 완료된 웨이퍼는 반도체 소자 또는 반도체 칩을 제조하는 용도로 사용되게 된다.

상기 반도체 제조 공정 중에서, HSG-SI 제조 공정은 커패시터(capacitor)의 표면적을 확장시켜 커패시턴스를 증가시키기 위해 널리 사용되는 공정이다. HSG-SI는 특정한 증착 조건에서 실리콘을 증착시키는 방법과 무정형 실리콘을 증착시켜이를 HSG-SI로 전이시키는 방법이 사용되고 있다. 상기 HSG-SI 제조 공정에 관하여는 예를 들면 미합중국 특허 제 5,885,869호(issued to Charles Turner et. al., on March 23, 1999) 및 미합중국 특허 제 5,759,894호(issued to Horng-Huei Tseng et. al., on June 2, 1998)에 상세히 개시되어 있다.

도1에는 종래 HSG-SI 제조공정을 수행하기 위한 반도체 처리 시스템(500)이 도시되어 있다. 도1에 도시되어 있는 바와 같이, 종래 반도체 처리 시스템(500)은 가공 챔버(510)를 구비한다. 상기 가공 챔버(510) 내에는 웨이퍼(400)를 가열하기 위한 제1 히터(520)가 설치되어 있다. 상기 제1 히터(520)의 저면은 지지대(522)에 의해 지지되어 있다. 상기 웨이퍼(400)는 상기 가공 챔버(410)의 일측에 형성되어 있는 가이드 슬롯(514)을 통해 가공 챔버(510) 내로 유입되어 상기 제1 히터(520)의 상면에 안착된다.

상기 제1 히터(520)의 저면에는 상기 제1 히터(520)의 온도를 검출하기 위한 열전쌍(525) 및 상기 제1 히터(520)로 전류를 공급하기 위한 전류 공급라인(523)이 부착된다. 상기 열전쌍(525) 및 전류 공급라인(523)은 컨트롤러(도시 안됨)에 연결되어 있다. 상기 컨트롤러는 상기 열전쌍(525)에 의해 검출된 제1 히터(520)의 온도에 근거하여 상기 전류 공급라인(523)을 통해 상기 제1 히터(520)에 전류를 공급하므로써 상기 제1 히터(520)의 온도가 소정 범위 내에 유지될 수 있도록 한다.

상기 웨이퍼(400)는 핸들러(도시 안됨)에 의해 상기 가공 챔버(510) 내로 이송되며, 상기 웨이퍼(400)가 상기 가공 챔버(510)의 내부로 안내될 수 있도록 제어부(도시 안됨)가 밸브 장치(516)를 작동시켜 상기 가이드 슬롯(514)을 개방 및 폐쇄한다.

상기 가공 챔버(510)는 돔형 지붕(512)을 구비하며, 상기 돔형 지붕(512)의 상부에는 제2 히터(521)가 상기 돔형 지붕(512)을 감싸도록 설치되어 있다. 상기 돔형 지붕(512)은 상기 제1 및 제2 히터(520, 521)에 의해 상기 가공 챔버(510) 내에 형성되는 복사열을 상기 웨이퍼(400)를 향해 지향시킨다.

상기 돔형 지붕(512)과 제2 히터(521) 사이에는 RF(radio frequency) 전류가 인가되는 RF 전극(540)이 설치되어 있다. 가스 인젝터(530)로부터 실란 또는 다이실란 등과 같은 가스가 분사될 때, 상기 RF 전극(540)을 통해 상기 가공 챔버(510) 내로 RF 전파가 조사되므로써 상기 가스의 반응이 촉진된다. 상기 가스 인젝터(530)는 가스 공급 라인(538)에 연결되어 가스 소스(도시 안됨)로부터 가스를 공급받는다.

상기 가공 챔버(510)의 일측은 배출포트(532)와 연통되어 있다. 상기 배출 포트(532)는 진공 펌프(525)에 연결되어 상기 가공 챔버(510) 내에 진공이 형성될 수 있도록 해준다.

한편, 상기 가공 챔버(510) 내에는 상기 제1 히터(520)를 향해 안내되는 웨이퍼(400)를 수납하여 상기 제1 히터(520)의 상면에 안착시키는 웨이퍼 홀더(560)가 설치되어 있다. 상기 웨이퍼 홀더(560)는 상기 제1 히터(520)의 상면 주변부에 배치되는 제1 아암부(562), 웨이퍼 홀더 구동장치(570)에 결합되어 있는 제2 아암부(564), 및 상기 제1 아암부(562)와 제2 아암부(564)를 상호 결합시키는 지지대(566)로 구성되어 있다. 도면에서는 하나의 제1 아암부(562), 제2아암부(564) 및 지지대(566)가 도시되어 있지만, 상기 요소들은 3개 또는 그 이상의 개수로 구성되어 있다.

상기 웨이퍼 홀더 구동장치(570)는 상기 가공 챔버(510)의 하부에 제공되는 실린더(572)를 포함한다. 상기 실린더(572)는 상기 가공 챔버(510)와 연통되어 있다. 상기 실린더(572)와 상기 가공 챔버(510) 사이에는 진공이 누설되는 것을 방지하기 위한 벨로우즈(580)가 제공된다.

상기 실린더(572) 내에는 플런저(plunger; 574)가 상하 이동가능하게 배치되어 있다. 상기 플런저(574)의 상면에는 샤프트(576)가 결합되는데, 상기 샤프트(576)의 상단부는 상기 제2 아암부(564)의 말단부에 결합되어 있다. 유압 공급부(578)는 상기 플런저(574)가 상기 실린더(572) 내에서 상하 이동될 수 있도록 상기 실린더(572)에 유압을 공급한다.

또한, 종래 반도체 처리 시스템(500)은 상기 제1 히터(520)를 상하 이동시키기 위한 히터 이동장치(600)를 구비한다. 상기 히터 이동장치(600)는 구동력을 발생하는 모터(608) 및 상기 모터(608)에 연결되어 상하 이동하는 리프트(610)를 포함한다.

상기 리프트(610)는 벨로우즈 커버(620)의 저면에 고정되어, 모터(608)의 작동시 상기 벨로우즈 커버(620)를 상향이동시킨다. 상기 벨로우즈 커버(620)는 상기 가공 챔버(510)의 저면에 고정적으로 부착되는 상부 커버(622) 및 상기 리프트(610)에 의해 상하 이동하는 하부 커버(624)로 구성되어 있다. 리프트(610)의 상향 이동시, 상기 상부 커버(622)는 고정된 상태를 유지하며, 상기 하부커버(624)는 상기 상부 커버(622) 내부로 진입하게 된다. 또한, 상기 제1 히터(520)의 지지대(522)는 상기 하부 커버(624)와 기구적으로(mechanically) 연결되어 상기 하부 커버(624)의 상하 이동에 따라 연동되므로써, 상기 제1 히터(520)가 상기 가공 챔버(510) 내에서 상하 이동될 수 있게된다.

이하, 상기 구성을 갖는 종래 HSG-SI 제조용 반도체 처리 시스템(500)의 작동에 대하여 설명하기로 한다.

HSG-SI 제조공정이 개시되면, 컨트롤러의 신호에 의해 밸브 장치(516)가 상기 가이드 슬롯(514)을 개방하며, 핸들러에 의해 웨이퍼(400)가 상기 가공 챔버(510) 내부로 진입한다.

상기 웨이퍼(400)가 상기 제1 히터(520)의 상부에 대응하는 위치까지 진입하면, 상기 웨이퍼 홀더(560)가 웨이퍼 홀더 구동장치(570)에 의해 상향 이동하여 상기 웨이퍼(400)를 수납한 후, 다시 하향 이동하여 상기 웨이퍼(400)를 상기 제1 히터(520)의 상면에 안착시킨다. 동시에, 상기 컨트롤러는 상기 제1 히터(520)와 제2 히터(521)에 작동신호를 인가하여 상기 제1 및 제2 히터(520, 521)를 발열시킨다. 이때, 상기 제1 히터(520)의 온도는 약 700-750℃이며, 제2 히터(521)의 온도는 약 315-325℃이고, 상기 웨이퍼(400)의 온도는 약 600-610℃로 형성된다.

이어서, 상기 컨트롤러는 상기 웨이퍼 이동장치(600)에 작동신호를 인가하여 상기 제1 히터(520)를 상기 가공 챔버(510) 내의 제1 위치(A)로 상향이동시킨다. 상기 제1 위치(A)로 상기 제1 히터(520)를 이동시키는 이유는 상기 제1 히터(520) 상에 안착된 웨이퍼(400)에 대한 가열효율을 향상시키기 위한 것이다. 상기 제1 위치(A)는 가스 인젝터(530)에 대응되는 위치이며, 초기 위치로부터 대략 80mm정도 상승 이동된 위치이다.

이때, 상기 제1 및 제2 히터(520, 521)의 발열온도는 변화가 없지만, 상기 웨이퍼(400)의 온도는 상기 가공 챔버(510) 내에 형성되는 복사열에 의해 615-625℃ 정도까지 상승한다.

이어서, 상기 제1 히터(520)는 상기 제1 위치(A)에서 약 1분간 대기상태를 유지한다. 상기 1분 정도의 대기과정은 웨이퍼(400)에 묻어있는 수분 등과 같은 이물질을 제거하기 위해 필요한 시간이다.

약 1분 정도의 시간이 지나면, 상기 웨이퍼(400) 상으로 가스가 분사된다. 상기 가스는 상기 웨이퍼(400) 상에 HSG-SI를 성장시키기 위한 소스의 역할을 하며, 실란 또는 다이실란 등과 같은 반응성 가스가 사용된다. 이때, 상기 RF 전극(540)에는 RF 전류가 인가되어 상기 가공 챔버(510) 내로 RF 전파가 조사된다. 상기 RF 전파는 상기 소스 가스의 반응을 촉진시키는 역할을 한다.

상기 가스 분사공정이 완료되면, 상기 컨트롤러는 상기 히터 이동장치(600)를 작동시켜 상기 제1 히터(520)를 상기 가공 챔버(510) 내의 제2 위치(B)로 상향 이동시킨다. 상기 제1 히터(520)를 상기 제2 위치(B)로 이동시키는 이유는 상기 웨이퍼(400)의 온도를 상승시켜 상기 HSG-SI의 성장속도를 가속시키기 위함이다.

상기 제2 위치(B)는 초기 위치로부터 대략 100mm정도 상승 이동된 위치이며, 상기 제1 및 제2 히터(520, 521)의 발열온도는 변화가 없지만, 상기 웨이퍼(400)의 온도는 상기 가공 챔버(510) 내에 형성되는 복사열에 의해 625-635℃ 정도까지 상승한다. 상기 제2 위치(B)에서 상기 웨이퍼(400) 상에 분사된 가스가 열분해되므로써 상기 웨이퍼(400) 상에 HSG-SI 층이 형성된다.

HSG-SI 층의 형성이 완료되면, 상기 컨트롤러는 상기 히터 이동장치(600)를 작동시켜 상기 제1 히터(520)를 초기위치로 복귀시킨 후 상기 밸브장치(516)를 개방시킨다. 이에 따라, 상기 핸들러가 상기 가공 챔버(510) 내로 진입하여 상기 웨이퍼(400)를 파지한 후 상기 웨이퍼(400)를 다음 공정이 수행되는 스테이지로 이송시킨다.

그러나, 이상과 같은 구성을 갖는 종래 반도체 처리 시스템(500)은 HSG-SI 제조 공정이 진행되는 동안에 상기 제1 히터(520)가 가공 챔버(510) 내에서 이동을 하도록 되어 때문에, 가공 챔버(510) 내의 온도 분위기가 불안정하게 형성된다는 문제가 있다. 상기 HSG-SI층을 균일하게 형성시키기 위해서는 가공 챔버(510) 내의 온도가 균일하게 형성되어야 하기 때문에, 이러한 불안정한 온도 분위기는 불균일한 HSG-SI층의 형성을 야기시킬 수 있다.

또한, 상기 제1 히터(520)를 상하 이동시키기 위한 별도의 히터 이동장치(600)가 필요시되기 때문에 장치의 구성이 복잡해지며, 그 제조비용이 상승된다는 문제가 발생한다.

아울러, 상기 제1 히터(520)를 상하 이동시키는 과정이 필수적으로 요구되기 때문에, HSG-SI 제조공정에 소요되는 시간이 증가된다는 단점이 있다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점들을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 본발명의 제1 목적은 제조비용 및 공정시간을 단축시킬 수 있음은 물론 가공 챔버 내의 온도분위기를 일정하게 유지시키므로써 균일한 HSG-SI 층을 형성시킬 수 있는 HSG-SI 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은 상기 방법을 수행하는 반도체 장치를 제공하는 것이다.

도1은 종래 HSG-SI 제조 공정에 사용되는 반도체 처리 시스템을 보여주는 도면이다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 HSG-SI 제조 공정에 사용되는 반도체 처리 시스템을 보여주는 도면이다.

도3은 히터의 저면에 열전쌍과 파워 공급라인이 설치된 상태를 보여주는 도면이다.

도4는 가공 챔버 내로 이송된 웨이퍼의 구조를 보여주는 단면도이다.

도5는 웨이퍼 상에 HSG-SI 층이 형성된 상태를 보여주는 단면도이다.

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 HSG-SI 제조 공정을 나타내는 플로우 챠트이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 반도체 장치 102 : 제1 히터

105 : 제2 히터 110 : 가공 챔버

112 : 돔형 지붕 114 : 가이드 슬롯

117 : 바닥부 118 : 공간부

130 : 가스 인젝터 135 : 진공 펌프

140 : RF 전극 160 : 웨이퍼 홀더

170 : 웨이퍼 홀더 구동장치 178 : 유압 공급부

180 : 절연부재 200 : 웨이퍼

상기 제1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은:

(1) 그 상부가 돔 형상을 갖도록 설계된 가공 챔버 내에 고정적으로 설치되는 제1 히터 및 상기 가공 챔버의 상부를 덮도록 설치되어 있는 제2 히터를 사용하여 가공 챔버 내의 온도 분위기를 일정하게 유지시키는 제1 단계; (2) 실리콘층이 형성되어 있는 웨이퍼를 상기 제1 히터의 중심부로 이송시키는 제2 단계; (3) 상기 웨이퍼가 상기 제1 히터 상에 고정적으로 안착된 상태에서, 상기 제1, 제2 히터 및 상기 가공 챔버 내에 형성되는 복사열을 이용하여 상기 웨이퍼에 묻어 있는 수분 등과 같은 이물질을 제거하는 제3 단계; (4) 상기 웨이퍼가 상기 제1 히터 상에 고정적으로 안착된 상태에서, 상기 웨이퍼의 실리콘층 상에 가스를 분사시키는 제4 단계; 및 (5) 상기 웨이퍼가 상기 제1 히터 상에 고정적으로 안착된 상태에서, 상기 실리콘층의 상부에 HSG-SI 층이 형성될 수 있도록 소정 시간동안 상기 웨이퍼를 어닐링시키는 제5 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 HSG-SI 제조 방법을 제공한다.

상기 제1 내지 제5 단계가 진행되는 동안 상기 가공 챔버 내의 온도분위기는동일하게 유지된다. 상기 제1 히터는 700-750도의 온도범위로 발열되며, 상기 제2 히터는 300-320도의 온도범위로 발열된다. 상기 제4 및 제5 단계가 진행되는 동안 상기 제1, 제2 히터 및 상기 가공 챔버 내의 복사열에 의해 상기 웨이퍼의 표면온도는 625-630도의 범위를 유지한다.

또한, 상기 제2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은:

HSG-SI 제조 공정이 수행되는 가공 챔버를 형성하는 하우징; 상기 가공 챔버 내에 고정적으로 설치되어 상기 가공 챔버 내의 온도를 일정하게 유지시키며, 그 상면에는 실리콘층이 형성된 웨이퍼가 안착되는 제1 히터; 상기 웨이퍼의 실리콘층 상에서 HSG-SI가 성장될 수 있도록 상기 제1 히터 상에 안착된 웨이퍼의 상면으로 가스를 분사시키며, 상기 제1 히터에 대응되는 위치에 설치되는 가스 인젝터; 및 상기 가공 챔버 내의 온도가 상기 가공 챔버의 외부로 전달되지 않도록 상기 가공 챔버의 내부와 상기 가공 챔버의 외부 사이를 단열시키는 단열수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 HSG-SI 제조공정에 사용되는 반도체 장치를 제공한다.

상기 가공 챔버의 상부에는 가공 챔버 내의 온도를 상승시키는 제2 히터가 제공된다. 상기 제1 히터로부터 발생하는 열이 상기 웨이퍼를 향해 효율적으로 복사될 수 있도록 상기 가공 챔버의 상부는 돔 형상으로 제작된다.

상기 가공 챔버의 상부와 상기 제2 히터 사이에는 RF전극이 제공된다. 상기 가스 인젝터로부터 상기 웨이퍼의 상면으로 가스가 분사될 때, 상기 RF 전극을 통해 상기 가공 챔버 내로 RF 전파가 조사되므로써 상기 가스의 반응이 촉진된다.

상기 단열 수단은 상기 가공 챔버의 내벽 저부를 둘러싸도록 배치되는 석영부재를 포함한다. 상기 가공 챔버의 바닥벽의 내부에는 공간부가 형성되는데, 상기 공간부는 진공상태를 유지하므로써 상기 가공 챔버 내벽 하부로부터 상기 가공 챔버의 외벽 하부로의 온도 전달이 차단된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 HSG-SI 제조용 반도체 장치(100)가 도시되어 있다. 도2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 장치(100)는 HSG-SI 제조공정이 수행되는 가공 챔버(110)를 형성하는 하우징(101)을 구비한다.

상기 가공 챔버(110) 내에는 웨이퍼(200)를 가열하기 위한 제1 히터(102)가 고정적으로 설치된다. 상기 제1 히터(102)의 저면은 상기 하우징(101)의 바닥벽(117)에 고정되는 지지대(125)에 의해 지지되어 있다. 상기 웨이퍼(200)는 상기 가공 챔버(110)의 일측에 형성되어 있는 가이드 슬롯(114)을 통해 가공 챔버(110) 내로 유입되어 상기 제1 히터(102)의 상면에 안착된다.

도3을 참조하면, 상기 제1 히터(102)의 저면에는 상기 제1 히터(102)의 중심부와 주변부의 온도를 검출하기 위한 제1 및 제2 열전쌍(122, 123) 그리고 상기 제1 히터(102)로 전류를 공급하기 위한 전류 공급라인(124)이 부착되어 있다. 상기 제1 열전쌍(122)은 상기 제1 히터(102)의 저면 중심부에 부착되어 하향 연장하며, 상기 제2 열전쌍(123)은 상기 제1 히터(102)의 저면 주변부 일측에 부착되어 하향 연장한다.

상기 제1 및 제2 열전쌍(122, 123)과 상기 전류 공급라인(124)은컨트롤러(300)에 연결되어 있다. 상기 컨트롤러(300)는 상기 제1 및 제2 열전쌍(122, 123)에 의해 검출된 제1 히터(102)의 온도에 근거하여 상기 전류 공급라인(124)을 통해 상기 제1 히터(102)에 전류를 조절, 공급하므로써 상기 제1 히터(102)의 온도가 소정 범위 내에 유지될 수 있도록 한다.

상기 제1 히터(102)의 온도는 700-750℃로 형성되는 것이 바람직하다. 보다 상세하게는, 상기 컨트롤러(300)는 상기 제1 열전쌍(122)으로부터 입력되는 온도 데이터에 근거하여 상기 제1 히터(102)의 중심부의 온도를 700-710℃의 범위로 유지시키며, 상기 제2 열전쌍(123)으로부터 입력되는 온도 데이터에 근거하여 상기 제1 히터(102)의 주변부의 온도를 740-750℃의 범위로 유지시킨다. 여기서 중심부라 함은 상기 웨이퍼(200)가 올려져 있는 부분을 의미한다. 상기 제1 히터(102)의 주변부의 온도를 중심부의 온도 보다 높게 설정하는 이유는 상기 제1 히터(102)의 주변부 측으로 갈수록 웨이퍼(200)로부터 거리가 멀어지고, 또한, 외부와의 열교환에 의하여 웨이퍼(200)에 대한 가열 효율이 저하되기 때문이다.

상기 제1 히터(102)의 중심부는 상기 주변부에 비해 소정 거리만큼 상향 돌출되어 있다. 이는 후술될 웨이퍼 홀더(160; 도2 참조)가 상기 제1 히터(102)의 주변부 상에 안착될 수 있도록 하기 위함이다.

도4에 상세히 도시되어 있는 바와 같이, 상기 제1 히터(102)에 안착되는 웨이퍼(200)의 상면에는 실리콘층(210)이 형성되어 있다. 상기 실리콘층(210)이 형성된 웨이퍼(200)는 핸들러(도시 안됨)에 의해 상기 가공 챔버(110) 내로 이송되며, 상기 웨이퍼(200)가 상기 가공 챔버(110) 내부로 용이하게 안내될 수 있도록 상기제어부(300)는 밸브 장치(116; 도2 참조)를 작동시켜 상기 가이드 슬롯(114)을 개방시킨다.

다시 도2를 참조하면, 상기 가공 챔버(110)는 돔형 지붕(112)을 구비한다. 상기 돔형 지붕(112)의 상부에는 제2 히터(105)가 상기 돔형 지붕(112)을 감싸도록 설치되어 있다. 상기 돔형 지붕(112)에 의해 상기 가공 챔버(110) 내에 형성되는 복사열이 상기 웨이퍼(200)를 향해 효율적으로 지향될 수 있게 된다.

상기 제2 히터(105)의 온도는 컨트롤러(300)에 의해 제어된다. 상기 컨트롤러(300)는 상기 제2 히터(105)의 온도를 300-320℃의 범위로 제어한다. 상기 컨트롤러(300)는, 상기 제1 및 제2 히터(102, 105) 그리고 상기 가공 챔버(110) 내에 형성되는 복사열에 의해 상기 웨이퍼(200)의 표면 온도가 625-630℃의 범위로 유지될 수 있도록, 상기 제1 및 제2 히터(102, 105)의 온도를 제어한다. 이를 위하여, 상기 제2 히터(105) 및 가공 챔버(110) 내의 온도가 센서장치(도시 안됨)에 의해 상기 컨트롤러(300)에 입력된다.

본 발명에 따른 반도체 장치(100)는 상기 돔형 지붕(112)과 제2 히터(105) 사이에는 배치되는 RF 전극(140)을 추가로 구비한다. 가스 인젝터(130)로부터 실란 또는 다이실란 등과 같은 가스가 분사될 때, 상기 RF 전극(140)을 통해 상기 가공 챔버(110) 내로 RF 전파가 조사되므로써 상기 가스의 반응이 촉진된다. 상기 가스 인젝터(130)는 상기 제1 히터(102)에 대응되는 위치에 설치되며, 가스 공급라인(138)에 연결되어 가스 소스(도시 안됨)로부터 가스를 공급받는다.

또한, 본 발명에 따른 반도체 장치(100)는 상기 가공 챔버(110) 내의 온도가상기 가공 챔버(110)의 외부로 전달되지 않도록 상기 가공 챔버(110)의 내부와 상기 가공 챔버(110)의 외부 사이를 단열시키는 단열부재(180)를 구비한다. 상기 단열 부재(180)는 상기 가공 챔버(110)의 내벽 저부를 둘러싸도록 배치된다. 상기 단열 부재(180)는 석영을 포함한다.

상기 가공 챔버(110)의 바닥벽(117) 내부에는 공간부(118)가 형성되어 있다. 상기 공간부(118)는 진공상태를 유지하며, 이에 따라, 상기 가공 챔버(110)의 내벽 하부로부터 상기 가공 챔버(110)의 외벽 하부로 온도 전달이 차단된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 공간부(118)에 석영 등과 같은 단열재가 충전될 수도 있다.

상기 진공 공간부(118)는 상기 가공 챔버(110) 내의 온도 손실을 감소시키므로써 가공 챔버(110) 내의 온도 분위기를 보다 안정적으로 유지시키며, 상기 가공 챔버(110)의 외벽의 온도상승을 방지하므로써 작업자들을 화상의 위험으로부터 보호해준다.

상기 가공 챔버(110)의 일측은 배출포트(132)와 연통되어 있다. 상기 배출 포트(132)는 컨트롤러(300)에 의해 제어되는 진공펌프(135)에 연결되어 상기 가공 챔버(110) 내에 진공을 형성시키는 역할을 한다.

한편, 상기 가공 챔버(110) 내에는 상기 제1 히터(102)를 향해 안내되는 웨이퍼(200)를 수납하여 상기 제1 히터(102)의 상면에 안착시키는 웨이퍼 홀더(160)가 설치되어 있다. 상기 웨이퍼 홀더(160)는 상기 제1 히터(102)의 상면 주변부에 배치되는 제1 아암부(162), 웨이퍼 홀더 구동장치(170)에 결합되어 있는 제2 아암부(164), 및 상기 제1 아암부(162)와 제2 아암부(164)를 상호 결합시키는 지지대(166)로 구성되어 있다. 도면에서는 하나의 제1 아암부(162), 제2 아암부(164) 및 지지대(166)가 도시되어 있지만, 상기 요소들은 3개 또는 그 이상의 개수로 구성되어 있다.

상기 웨이퍼 홀더 구동장치(170)는 상기 가공 챔버(110)의 저면 중심부에 일체로 형성되는 실린더(172)를 포함한다. 상기 실린더(172)는 상기 가공 챔버(110)와 연통되어 있다.

상기 실린더(172) 내에는 플런저(174)가 상하 이동가능하게 배치되어 있다. 상기 플런저(174)의 상면에는 작동로드(176)가 결합되는데, 상기 작동 로드(176)의 상단부는 상기 제2 아암부(164)의 말단부에 결합되어 있다. 컨트롤러(300)에 의해 제어되는 유압 공급부(178)는 상기 플런저(174)가 상기 실린더(172) 내에서 상하 이동될 수 있도록 상기 실린더(172)에 유압을 공급한다.

이하, 상기 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 HSG-SI 제조용 반도체 장치(100)의 작동과정을 도6을 참조하여 설명한다.

HSG-SI 제조공정이 개시되면, 상기 컨트롤러(300)는 가공 챔버(110) 내에 고정적으로 설치되는 제1 히터(102) 및 상기 가공 챔버(110)의 상부를 덮도록 설치되어 있는 제2 히터(105)에 전류를 인가하여 가공 챔버(110) 내의 온도 분위기를 일정하게 유지시킨다(단계 S1). 이때, 상기 컨트롤러(300)는 상기 제1 히터(102)를 700-750도의 온도범위로 유지시키며, 상기 제2 히터(105)의 온도를 300-320도의 온도범위로 유지시킨다.

이어서, 컨트롤러(300)의 신호에 의해 밸브 장치(116)가 상기 가이드 슬롯(114)을 개방하며, 핸들러에 의해 상기 웨이퍼(200)가 상기 가공 챔버(110)의 내부로 진입한다.

상기 웨이퍼(200)가 상기 제1 히터(102)의 상부에 대응하는 위치까지 진입하면, 상기 제1 히터(102)의 주변부에 안착되어 있던 상기 웨이퍼 홀더(160)의 제1 아암부(162)가 웨이퍼 홀더 구동장치(170)에 의해 상향 이동하여 상기 웨이퍼(200)를 수납한 후, 다시 하향 이동하여 상기 웨이퍼(200)를 상기 제1 히터(520)의 중심부 상면에 안착시킨다(단계 S2).

상기 웨이퍼(200)는 상기 제1 히터(102) 상에 고정적으로 안착된 상태에서 소정 시간동안을 대기한다. 이는 상기 제1 및 제2 히터(102, 105) 그리고 상기 가공 챔버(110) 내에 형성되는 복사열에 의해 상기 웨이퍼(200)에 묻어 있는 수분 등과 같은 이물질을 제거하기 위함이다(단계S3). 이때, 상기 웨이퍼(200)의 온도는 625-630℃를 유지하게 된다.

이어서, 상기 가스 인젝터(130)에 의해 웨이퍼(200)의 실리콘층 상에 소스 가스가 분사되어 무정형 실리콘이 증착된다(단계 S4). 상기 가스는 웨이퍼(200)의 실리콘층 상에 무정형 실리콘을 증착시키기 위한 소스 가스로서 실란, 다이실란, 트리실란 또는 디클로로실란이 사용된다. 상기 단계(S4)가 진행되는 동안 상기 RF 전극(140)을 통해 상기 가공 챔버(110) 내로 RF 전파가 조사되어 상기 가스의 반응을 촉진시킨다. 상기 웨이퍼(400) 상에 분사 가스가 열분해되므로써 상기 웨이퍼(200) 상에 무정형 실리콘층이 형성된다. 상기 무정형 실리콘층은 급속가열화학기상증착(Rapid thermal chemical vapor deposition) 또는 저압 화학기상증착 방식에 의해 상기 웨이퍼상에 증착된다.

이어서, 상기 실리콘층의 상부에 증착된 무정형 실리콘층이 HSG-SI 층으로 전이 될 수 있도록 소정 시간동안 상기 웨이퍼(200)를 어닐링시킨다(단계 S5). 그러면, 도5에 도시되어 있는 바와 같이, 반구상 형태를 갖는 HSG-SI 층(220)이 형성된다.

상기 단계(S1-S5)들이 진행되는 동안, 상기 가공 챔버(110) 내의 온도와 제1 및 제2 히터(102, 105)의 온도는 상기 센서 장치와 상기 제1 및 제2 열전쌍(122, 123)에 의해 각각 검출된다. 또한, 상기 제3 내지 제5 단계(S3-S5)가 진행되는 동안, 상기 컨트롤러(300)는 상기 검출된 온도에 근거하여 상기 제1 및 제2 히터(102, 105)에 인가되는 암페어량을 미세 조정하므로써, 상기 웨이퍼의 온도를 625-630도의 범위 내에 유지시킨다.

아울러, 상기 단계(S1-S5)들이 진행되는 동안 상기 가공 챔버(110) 내의 온도분위기는 동일하게 유지되며, 따라서, 웨이퍼(200)의 온도 역시 동일한 상태(625-630도)를 유지한다.

HSG-SI층(220)의 형성이 완료되면, 상기 컨트롤러(300)는 상기 밸브장치(116)를 개방시키고, 상기 핸들러에 작동 신호를 인가하여 상기 웨이퍼(200)를 다음 공정이 수행되는 스테이지로 이송시킨다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, HSG-SI 제조공정이 진행되는동안에 가공 챔버 내의 온도 분위기가 일정하게 유지되므로 균일한 HSG-SI 층을 형성시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, HSG-SI 제조장치의 부품수가 절감되고, 구성이 단순해지므로 그 제조비용 및 제조 공정이 감소된다는 장점을 갖는다.

아울러, 본 발명은 HSG-SI 공정 시간을 단축시킬 수 있으며, 이에 따라 반도체 소자의 제조 수율을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 개량이나 변형이 가능하고, 이러한 개량이나 변형 또한 본 발명에 속한다는 것은 당업자라면 인지할 수 있을 것이다.

Claims

가공 챔버의 하부를 구성하고 내부에 진공 공간부를 가진 이중 단열벽으로 구성된 하우징;

상기 가공 챔버의 내부의 하우징 바닥에 고정설치된 제1 히터;

상기 가공 챔버 내부에 설치되고, 상기 가공챔버 내로 이송된 웨이퍼를 상기 제1 히터의 중심부 상면에 안착시키기 위한 웨이퍼 홀더;

상기 가공 챔버의 상부를 구성하는 돔형 지붕;

상기 돔형 지붕을 외부에서 덮고 상기 돔형 지붕을 가열하기 위한 제2 히터;

상기 돔형 지붕의 외면에 설치되고 상기 가공 챔버 내부로 고주파를 조사하기 위한 고주파 전극; 및

상기 가공 챔버 내부에 반응가스를 공급하기 위한 가스 인젝터를 구비한 것을 특징으로 하는 HSG-SI 제조공정에 사용되는 반도체 장치.
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제1항에 있어서, 상기 제1 히터의 온도는 700-750℃로 형성되며, 상기 제2 히터의 온도는 300-320℃로 형성되고, 상기 가공 챔버는 상기 제1, 제2 히터 및 상기 가공 챔버 내에 형성되는 복사열에 의해 상기 웨이퍼의 표면 온도가 625-630℃의 범위로 유지될 수 있도록 설계되는 것을 특징으로 하는 HSG-SI 제조공정에 사용되는 반도체 장치.
제4항에 있어서, 평면에서 볼 때, 상기 제1 히터의 중심부의 온도는 700-710℃로 형성되며, 상기 제1 히터의 주변부의 온도는 740-750℃로 형성되는 것을 특징으로 하는 HSG-SI 제조공정에 사용되는 반도체 장치.
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제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 홀더는 상기 가공 챔버의 저면 중심부에 일체로 형성되는 실린더, 상기 실린더 내에 상하 이동가능하게 장착되는 플런저 및 그 일단부는 상기 플런저의 상부에 일체로 형성되며 그 타단부는 상기 웨이퍼 홀더에 결합되므로써 상기 플런저의 상하 이동에 따라 상기 웨이퍼 홀더를 상하 이동시키는 작동 로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 HSG-SI 제조공정에 사용되는 반도체 장치.
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제1항에 있어서, 상기 반응가스는 실란, 다이실란, 트리실란 및 디클로로실란으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 HSG-SI 제조공정에 사용되는 반도체 장치.
(1) 돔형의 가공 챔버 내의 중앙 바닥에 고정 설치된 제1 히터와 상기 가공 챔버의 돔형 상부를 외부에서 덮도록 설치된 제2 히터를 사용하여 상기 가공 챔버내부를 소정 온도 분위기로 프리히팅시키는 단계;

(2) 웨이퍼를 상기 가공 챔버 내로 이송시키는 단계;

(3) 웨이퍼 홀더를 사용하여 상기 웨이퍼를 상기 제1 히터의 중심부 상면에 안착시키는 단계;

(4) 상기 웨이퍼가 안착된 상태로 일정 시간 대기하여 상기 웨이퍼를 상기 가공 챔버의 온도 분위기에 의해 소정 온도로 히팅시키는 단계;

(5) 상기 웨이퍼에 표면에 반응가스를 공급하면서 고주파를 조사하여 웨이퍼 표면에서 가스 반응을 촉진시켜서 상기 웨이퍼 표면에 무정형 실리콘층을 형성시키는 단계; 및

(6) 상기 무정형 실리콘층이 HSG-SI 층으로 전이될 수 있도록 소정 시간동안 상기 웨이퍼를 어닐링시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 HSG-SI 제조 방법.
제15항에 있어서, 상기 (1) 내지 (6) 단계가 진행되는 동안 상기 가공 챔버 내의 온도분위기는 동일하게 유지되는 것을 특징으로 하는 HSG-SI 제조 방법.
제15항에 있어서, 상기 (1) 내지 (6) 단계가 진행되는 동안, 상기 제1 히터는 700-750도의 온도범위를 유지하며, 상기 제2 히터의 온도는 300-320도의 온도범위를 유지하고, 상기 웨이퍼의 표면온도는 625-630도의 범위를 유지하는 것을 특징으로 하는 HSG-SI 제조 방법.
제15항에 있어서, 상기 웨이퍼 상에 분사되는 가스는 실란, 다이실란, 트리실란 및 디클로로실란으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 HSG-SI 제조 방법.
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