KR100351984B1 - 화학기상증착장비의 이물감소방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학기상증착장비의 이물감소방법에 관한 것으로서, 종래의 저압 화학기상증착장비는 수정관의 내부에 증착된 질화막의 일부가 떨어져서 비산되거나 상기 질화막에서 생성되는 가스에 의하여 이물이 발생되므로 상기 웨이퍼의 필름에 떨어져 제조품질이 저하되는 문제점이 있었으나, 본 발명은 수정관에 증착된 질화막의 상층에 폴리실리콘을 교대로 증착시킴으로써, 상기 질화막의 일부가 떨어져서 비산되거나 상기 질화막에서 생성되는 가스에 의하여 이물이 발생되는 것을 감소시킬 수 있다.

Description

화학기상증착장비의 이물감소방법{IMPURITY REDUCTION METHODE IN SEMICONDUCTOR CHEMICAL VAPOR DEPOSITION EQUIPMENT}

본 발명은 화학기상증착에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저압 화학기상증착공정에서 수정관에 증착된 질화막의 상층에 폴리실리콘을 교대로 증착시킴으로써, 질화막에서 발생되는 이물을 감소시킬 수 있는 화학기상증착장비의 이물감소방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 화학기상증착공정이란 기체 원료로 부터 화학반응을 거쳐 박막이나 입자 등이 고체재료를 합성하여 소정의 표면에 박막을 형성하는 박막형성법으로서, 도 1에서는 반응기구를 외부와 차단하고 진공펌프 등을 이용하여 반응기구의 압력이 0.1 ~ 10 torr의 저압에서 화학반응으로 박막을 증착시키는 반도체 저압 화학기상증착공정의 공정도를 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 이는 외부와 차단된 반응실(A)안에 웨이퍼를 넣고 가스공급부(B)를 통하여 원료로 가스를 공급하면 가열부(C)와 에너지부(D)에서 공급된 열에 의해 열분해를 일으켜 기판의 성질을 변화시키지 않고 박막을 형성하고 배기부(E)를 통하여 미반응물질이 배출되는 방법을 말한다.

도 2는 일반적으로 사용되는 반도체 저압 화학기상증착장비의 개요도로서, 도시된 바와 같이, 종래의 저압 화학기상증착장비는 증착가스를 공급하는 가스통(1)과, 상기 가스통(1)으로 부터 공급되는 증착가스의 공급량을 일정하게 제어하는 유량제어부(2)와, 상기와 같이 공급된 증착가스를 히터 등에 의하여 열분해시키는 가열부(3)와, 상기 웨이퍼(W)에 주입된 증착가스를 분해하여 박막을 증착시키는 수정관(4)과, 상기 수정관(4) 내부에서 미반응된 증착가스에 의해 생성된 부산물을 배출시키는 배기관(5)과, 상기 수정관(4) 내부의 증착가스를 제거하여 일정한 저압으로 유지시키는 펌프(6)와, 상기 배출되는 부산물을 후처리하여 대기로 방출시키는 스크러버(7)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 화학기상증착장비에서 질소를 증착가스로 사용한 증착공정을 설명하면 다음과 같다.

도 2에서, 웨이퍼를 상기 수정관(4)에 넣고 내부를 진공으로 유지하면서 질소가스를 가스통(1)으로 부터 공급하며, 유량제어부(2)에 의하여 공급량을 제어한다.

상기 공급된 질소가스는 가열부(3)의 열에 의하여 분해되어, 웨이퍼에 증착되고, 상기 증착공정은 디씨에스(SiH₂Cl₂) 가스와 암모니아 가스를 저압, 750℃상태로 반응시키며, 상기 반응은 3SiH₂Cl₂+ 4NH₃= 3Si₃N₄+ 6HCl + 6H₂이다.

도 3은 상기 수정관의 단면도로서, 상기 수정관(4)의 내면에도 웨이퍼와 동일하게 질화막(N)이 증착되므로, 상기 질화막의 두께가 8만Å정도로 증착되는 것을 주기로 설정하여 상기 수정관(4)을 청소한다.

한편, 상기 수정관(4) 내부에서는 미반응된 증착가스 등에 의하여 부산물이 발생되며 상기 펌프(6)의 펌핑에 의하여 배기관(5)을 통하여 배출된다. 상기 부산물은 스크러버(7)에 의하여 흡착, 포집되어 후처리된 후, 대기로 방출된다.

그러나, 종래의 화학기상증착장비에서 상기 수정관(4)의 내부에 증착된 질화막은 일부가 떨어져서 비산되거나 상기 질화막에서 생성되는 가스에 의하여 이물이 발생되므로 상기 웨이퍼의 필름에 떨어져 제조품질이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 저압 화학기상증착공정의 수정관에 증착된 질화막이 떨어져 나가거나 가스가 생성되는 것을 방지함으로써, 질화막에서 발생되는 이물을 감소시켜 제조품질을 향상시킬 수 있는 화학기상증착장비의 이물감소방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 반도체 화학기상증착공정을 나타내 보인 공정도.

도 2는 종래 반도체 화학기상증착장비의 개요도.

도 3은 종래 반도체 화학기상증착장비에서 수정관의 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 반도체 화학기상증착장비에서 수정관의 단면도.

도 5a는 종래 방법이 적용된 경우의 이물발생 빈도를 나타내 보인 도표.

도 5b는 본 발명에 따른 이물감소방법이 적용된 경우의 이물발생 빈도를 나타내 보인 도표.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 가스통 2 : 유량제어부

3 : 가열부 4 : 수정관

N : 질화막 P : 폴리실리콘

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 화학기상증착장비의 이물감소방법은 서브스트레이트의 기상증착시 수정관에 SiH2Cl2가스와 NH3가스를 주입하여 질화막을 증착하는 질화막 증착단계와; 상기 수정관에 증착된 질화막에서 발생되는 이물을 억제하기 위하여 SiH2Cl2가스를 주입하여 수정관에 증착된 질화막의 표면에 폴리실리콘을 증착시키는 차단막 증착단계가 교대로 반복되는 것을 특징으로 한다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 화학기상증착장비의 이물감소방법을 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 화학기상증착장비의 이물감소방법이 적용된 수정관의 단면도로서, 4는 수정관이며, N은 질화막이고, P는 폴리실리콘을 나타낸다.

먼저, 상기 웨이퍼를 질소가스로 기상증착할 때 상기 수정관(4)의 내면에 질화막(N₁)이 증착되며, 상기 수정관(4)의 내면에 증착되는 반응식은 3SiH₂Cl₂+ 4NH₃= 3Si₃N₄+ 6HCl + 6H₂이다.

다음, 상기 질화막(N₁)의 두께가 2만Å정도로 증착되면 상기 질화공정에 사용되는 공정가스인 디씨에스 가스를 이용하여 상기 수정관(4)에 증착된 질화막(N₁)의 상층에 차단막으로서의 폴리실리콘(P₁)을 증착시키며, 이때, 상기 질화막(N₁)의 상층에 폴리실리콘(P₁)증착되는 반응식은 Si₂H₂Cl₂= 2Si+ 2HCl 이다.

이후, 상기 공정을 반복하여 N₂, P₂및 N₃, P₃…가 형성된다.

그리고 상기 두번째 이후의 폴리실리콘(P₂,P₃) 증착공정은 상기 질화막의 두께가 4만Å, 6만Å일때 진행되는 것도 가능하다.

그리하여 종래에는 상기 질화막의 두께가 8만Å정도로 증착되는 것을 주기로 상기 수정관(4)을 청소하였으나, 본 발명은 누적된 두께가 24만Å 정도로 증착된 것을 주기로 상기 수정관(4)을 청소한다.

도 5a는 종래 방법이 적용된 경우의 이물발생 빈도를 나타내 보인 도표이고, 도 5b는 본 발명에 따른 이물감소방법이 적용된 경우의 이물발생 빈도를 나타내 보인 도표로서, 본 발명이 적용된 도표가 종래의 경우보다 이물발생 빈도가 감소된 것을 나타내고 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 화학기상증착장비의 이물감소방법은 수정관에 증착된 질화막의 상층에 폴리실리콘을 교대로 증착시킴으로써, 오염원인 질화막이 폴리실리콘에 의해 원천적으로 차단되어 질화막의 일부가 떨어져서 비산되거나 상기 질화막에서 생성되는 가스에 의하여 이물이 발생되는 것을 보다 확실하게 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 서브스트레이트의 기상증착시 수정관에 SiH2Cl2가스와 NH3가스를 주입하여 질화막을 증착하는 질화막 증착단계와;

   상기 수정관에 증착된 질화막에서 발생되는 이물을 억제하기 위하여 SiH2Cl2가스를 주입하여 수정관에 증착된 질화막의 표면에 폴리실리콘을 증착시키는 차단막 증착단계가 교대로 반복되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장비의 이물감소방법.
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