KR100466867B1 - 증착속도가일정한플라즈마인헨스드화학기상증착장치 - Google Patents

Abstract

PECVD 장치에 있어서, 가스분배 플레이트의 아웃렛의 직경을 플레이트상의 위치에 관계없이 일정하게 하고 인렛의 직경을 플레이트의 중앙부로부터 방사상으로 소정의 변화도로 증가함으로서 플레이트의 중앙부에 대응하여 에지부에서 반응가스의 흐름속도를 증가시켜, 가스흐름 속도가 중앙부와 에지부에서 균일한 경우 기판상에 반응가스가 머무르는 시간차이에 의해 증착속도가 중앙부위에서 높아지는 것을 보상할 수 있다.

Description

증작속도가 일정한 플라즈마 인헨스드 화학기상증착 장치

본 발명은 플라즈마 CVD, 플라즈마 드라이 에칭 등에 적용되는 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마 챔버내 가스분배 플레이트(Gas Distribution Plate; GDP)로부터 주입되는 가스가 챔버내 기판위에서 머무르는 시간(residual time)의 차에 의해 발생되는 기판상의 증착두께의 균일성을 확보하기 위해 에지부에서의 가스 주입속도를 증가시킨 가스분배 플레이트를 구비한 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)장치에 관한 것이다.

근래에, 반도체 집적회로의 미세화 및 고밀도화에 대한 요구가 증대하고 있다. 이러한 요구의 증대와 더불어 PECVD장치는 저온에서 등각의(conformal) 막을 증착할 수 있다는 장점을 가지며, 민감한 기판에 열적 충격없이 막을 형성할 수 있어 널리 사용되고 있다.

이러한 PECVD 장치에는 주입되는 반응가스를 균일한 속도로 반도체 기판상에 공급하기 위해 가스분배 플레이트가 설치되는데, 가스분배 플레이트에는 통상 일정직경의 가스주입홀이 일정하게 형성되어 있다.

그러나 이와 같이 주입되는 반응가스를 균일하게 반도체 기판상에 공급하기 위해 설치된 가스분배 플레이트에 있어서, 실질적으로 기판상에서 가스가 머무르는 시간은 가스분배 플레이트의 위치에 대응하여 일정한 차이를 나타낸다. 이를 보다 구체적으로 살펴보면, 기판의 에지부에는 가스가 빨리 빠져나가 에지부에서의 증착속도가 중앙부위에서보다 낮아지게 된다.

이로 인해 동일시간에 기판상에 증착되는 막의 두께에 있어서도 차이가 발생하게 되어 막형성이 완료된 상태에서는 막두께의 균일성(uniformity)이 문제점으로 대두하게 되었다.

따라서 본 발명의 목적은 진공챔버내로 주입되는 반응가스의 주입속도의 차이를 중앙부위에 비해 에지부에서 분사되는 속도를 증가시켜 보상하므로서 균일한 막두께를 형성할 수 있도록 하는 PECVD 장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따르면, 반도체 기판이 설치되는 진공챔버와, 상기 진공챔버에 일측에 설치되는 애노드와, 상기 애노드에 대향하여 상기 진공챔버의 타측에 설치되는 캐소드와, 상기 애노드와 관련하여 설치되는 가스분배 플레이트를 포함한 PECVD 장치에서, 가스분배 플레이트는 플레이트 본체와, 플레이트 본체상에 관통 형성되어 반응가스가 주입되며 반응가스가 에지부로 갈수록 더욱 빠른 속도로 주입되도록 형성되는 다수의 가스주입홀을 포함하는 PECVD 장치가 개시된다.

바람직하게, 각각의 가스주입홀은 일정직경의 아웃렛과, 플레이트 본체상의 위치에 대응하여 가변하는 직경을 갖는 인렛을 포함한다.

바람직하게, 인렛의 직경은 가스주입홀의 내측벽의 테이퍼각에 의해 가변되며, 더욱 바람직하게, 플레이트 본체는 테이퍼각의 변화에 따른 반응가스의 속도가 실질적으로 변화되도록 하는 두께를 갖는다.

바람직하게, 인렛의 직경은 플레이트 본체의 중앙부로부터 방사상으로 멀어질수록 증가한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 PECVD 장치의 개략적인 단면도이다. 도시된 바와 같이, 진공챔버(1)내에는 미세가공되는 시료, 예를 들어 반도체 기판(2)이 배치되어 있다. 이 반도체 기판(2)은, 예를 들어 다결정 실리콘 박막이 표면에 형성되고 그 위에 소정형상의 포토레지스트 패턴이 형성된 반도체 기판이다. 이 반도체 기판(2)은 고주파 전원(3)에 접속되어 고주파 전력을 공급하며 지지대 역할을 하는 서셉터(4) 위에 놓여진다. 반도체 기판(2)에 대향하는 위치에는, 반응성 가스, 예를 들어 SiH4＋NH3를 반도체 기판(2)을 향하여 에지부로 갈수록 더욱 빠른 속도로 공급하기 위한 가스주입홀(12)이 관통형성된 가스분배 플레이트(5)가 부착된 애노드(6)가 배치되어 있다. 가스주입홀(12)에 있어서, 후술하는 바와 같이 일정한 직경을 갖는 아웃렛(outlet)과 플레이트(5)상의 위치에 따라 가변하는 직경을 갖는 인렛(inlet)이 양단에 형성되어 가스홀의 내측벽에는 테이퍼각이 형성된다.

또한 진공챔버(1)에는 진공챔버(1)내를 배기하기 위한 배기구(미도시) 및 반응가스를 진공챔버(1)내로 공급하기 위한 반응가스 공급구(7)가 가스분배 플레이트의 중앙부에 대향하여 설치된다. 배기구에는 진공챔버(1)내의 가스를 배기하기 위한 펌프(미도시)와 연결된다. 미설명 부호 2는 램프 모듈, 3은 석영램프 윈도우, 8은 반도체 기판 리프트 핑거를 각각 나타낸다.

이와 같은 플라즈마 에칭장치에서, 반도체 기판(2)상에 막을 형성하기 위해서는, 우선, 펌프에 의하여 진공챔버(1) 내부가 배기되면서, 반응가스 공급구(7)로부터 반응가스가 진공챔버(1)내로 도입된다. 이때, 반응가스는 애노드(6)와 가스분배 플레이트(5) 사이로 도입되어 가스분배 플레이트(5)에 형성된 가스주입홀(12)을 통하여 분사된다.

다음에 고주파 전원(3)에 의하여 캐소드(4)와 애노드(6) 사이에 고주파 전압을 인가하여 글로우 방전을 생기게 한다. 이것에 의하여, 진공챔버(1)내에 도입된 반응가스가 활성화되어 플라즈마를 생기게 하고, 활성화된 중성분자, 이온을 발생시킨다. 이들의 분자, 원자, 이온에 의하여 반도체 기판(2)상에 막이 형성된다.

도 2는 본 발명에 따른 가스분배 플레이트의 단면도이고, 도 3은 도 2의 가스분배 플레이트의 가스공급구측에서 본 평면도이다.

도 2를 참조하면, 가스분배 플레이트(5)는 플레이트 본체(10)와 플레이트 본체(10)를 관통하여 형성된 다수의 가스주입홀(12)로 이루어진다. 본 발명에 따르면, 각각의 가스주입홀(12)은 인렛(12)과 아웃렛(14)을 가지며, 아웃렛(14)의 직경은 플레이트 본체(10)상의 임의의 위치에 대응하여 일정한 반면, 인렛(12)의 직경은 주입되는 반응가스의 속도를 플레이트 본체(10)상의 에지부에서의 가스 주입속도가 더욱 빠르게 되도록 가변된다.

바람직하게 도 3에 도시된 바와 같이, 중앙부의 가스주입홀(15)을 중심으로 방사상으로 직경이 증가하는 형태를 갖는다. 인렛(12)의 직경이 가변되도록 하기 위해서는 플레이트 본체(10)를 소정의 두께로 형성하여 인렛(12)과 아웃렛(14)을 연결하는 내측벽(16)에 형성되는 테이퍼각을 변화시키는 것이 바람직하다. 즉, 테이퍼각을 크게 함에 따라 인렛(12)의 직경은 증가하게 된다. 테이프각의 변화도(gradient)는 가스주입홀(12)의 인렛(12)의 직경이 동일한 경우 플레이트 본체(10)상의 중앙부에서 에지부에 이르는 범위에서 발생하는 가스 주입속도의 변화도를 주는 형태를 갖는다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 효과를 설명한다.

반도체 기판(2)상에 막을 형성하기 위해서는, 우선, 펌프에 의하여 진공챔버(1) 내부가 배기되면서, 반응가스 공급구(7)로부터 반응가스가 진공챔버(1)내로 도입된다. 이때, 반응가스는 애노드(6)와 가스분배 플레이트(5) 사이로 도입되어 가스분배 플레이트(5)에 형성된 가스주입홀(12)을 통하여 분사된다. 이때, 기판상에 반응가스가 머무르는 시간은 기판의 중앙부에서 길고, 자장자리부에서는 짧게 된다.

그러나 본 발명에 따르면, 가스주입홀(12)의 내측벽에 형성된 테이퍼각의 변화에 따른 인렛(12)의 직경이 중앙부에서 방사상으로 멀어질수록 커지기 때문에 에지부로 갈수록 각각의 인렛(12)은 보다 많은 가스를 받아들이게 된다. 이때, 아웃렛(14)은 일정한 직경을 갖기 때문에 결국 통과하는 가스의 속도가 증가하게 되어, 에지부로 갈수록 가스가 머무르는 시간이 짧아지는 현상을 보상하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 가스분배 플레이트의 아웃렛의 직경을 플레이트상의 위치에 관계없이 일정하게 하고 인렛의 직경을 플레이트의 중앙부로부터 방사상으로 소정의 변화도로 증가함으로서 플레이트의 중앙부에 대응하여 증착속도를 보상할 수 있다.

본 발명은 가스공급구가 플레이트의 중앙부에 대향하여 설치된 경우를 일 예로 하여 설명하고 있으나, 가스공급구가 플레이트에 대해 다른 위치에 설치된 경우에 있어서도 동일한 원리로 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 PECVD 장치의 개략적인 단면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 가스분배 플레이트의 단면도이고,

도 3은 도 2의 가스분배 플레이트의 가스공급구측에서 본 평면도이다.

Claims (6)

1. 반도체 기판이 설치되는 진공챔버와, 상기 진공챔버에 일측에 설치되는 애노드와, 상기 애노드에 대향하여 상기 진공챔버의 타측에 설치되는 캐소드와, 상기 애노드와 관련하여 설치되는 가스분배 플레이트를 포함한 PECVD 장치에 있어서,

   상기 가스분배 플레이트는 플레이트 본체; 및

   상기 플레이트 본체상에 관통 형성되어 반응가스가 주입되며, 상기 반도체 기판의 가장자리 부위에 대응하는 인렛의 직경은 중앙부위에 대응하는 인렛의 직경보다 상대적으로 크게 형성된 다수의 가스주입홀들을 갖는 가스 분배 플레이트를 포함하는 증착속도가 일정한 PECVD 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스주입홀의 아웃렛은 일정한 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 증착속도가 일정한 PECVD 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 인렛의 직경은 상기 가스주입홀의 내측벽의 테이퍼각에 의해 가변되는 증착속도가 일정한 PECVD 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 플레이트 본체는 상기 테이퍼각의 변화에 따른 상기 반응가스의 속도가 실질적으로 변화되도록 하는 두께를 갖는 증착속도가 일정한 PECVD 장치.
5. 제 2 항 내지 제 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인렛의 직경은 상기 플레이트 본체의 중앙부로부터 방사상으로 멀어질수록 증가하는 증착속도가 일정한 PECVD 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 가스주입홀의 내측벽의 테이퍼각은 상기 플레이트 본체의 중앙부로부터 방사상으로 멀어질수록 커지는 것을 특징으로 하는 증착속도가 일정한 PECVD 장치.

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