KR100483282B1 - Chemical Vapor Deposition Apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 샤워헤드(showerhead)를 소정의 간격으로 구획하여 이중으로 분할하고 샤워헤드의 일측에서만 플라즈마가 발생하도록 하는 화학기상증착장치에 관한 것으로서, 챔버(200)의 상부 내측면에는 샤워헤드의 상부 둘레면에 밀착되며 통전가능한 통전부(206)가 설치되고, 샤워헤드의 사이에는 외부의 RF전원(202)을 공급받아 플라즈마를 발생하며 다수의 홀이 형성되는 RF전극판(215)이 설치되며, 챔버(200)의 상부에는 샤워헤드의 상부에 원료가스를 주입할 수 있도록 연통하는 원료가스 주입관(217)이 설치되고, 챔버(200)의 측면에는 샤워헤드의 사이에 반응가스를 주입할 수 있도록 연통하는 반응가스 주입관(218)이 설치된다. 본 발명의 화학기상증착장치는 샤워헤드를 소정의 간격으로 구획하여 이중으로 분리하여 원료가스와 반응가스가 샤워헤드의 내부에서 섞이는 것을 근본적으로 방지함과 아울러, 샤워헤드 일측의 내부에서 플라즈마를 발생하여 반응기내로 분사함으로, 기판 및 그 위에 형성된 회로소자의 손상을 예방하는 효과가 있다. The present invention relates to a chemical vapor deposition apparatus partitioning a showerhead (showerhead) at predetermined intervals and dividing it in a double, so that plasma is generated only at one side of the showerhead, and the upper inner surface of the chamber 200 has an upper portion of the showerhead. The energizing part 206 is provided in close contact with the circumferential surface, and the RF electrode plate 215 is formed between the shower heads to generate plasma by receiving an external RF power source 202 and to form a plurality of holes. The upper part of the chamber 200 is provided with a source gas injection tube 217 communicating with the upper part of the shower head so as to inject the raw material gas, and the side of the chamber 200 may inject the reaction gas between the shower heads. Reaction gas injection pipe 218 is provided to communicate with each other. The chemical vapor deposition apparatus of the present invention divides the shower head at predetermined intervals and separates the shower head in a double manner, thereby fundamentally preventing mixing of the source gas and the reaction gas in the shower head, and generating plasma inside one side of the shower head. By spraying into the reactor, there is an effect of preventing damage to the substrate and the circuit elements formed thereon.
Description
본 발명은 화학기상증착장치에 관한 것이며, 특히, 샤워헤드(showerhead)를 소정의 간격으로 구획하여 이중으로 분할하고 샤워헤드의 일측에서만 플라즈마가 발생하도록 하는 화학기상증착장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical vapor deposition apparatus, and more particularly, to a chemical vapor deposition apparatus that divides a showerhead at predetermined intervals, divides it into two parts, and generates plasma only on one side of the showerhead.
일반적으로 플라즈마를 응용하는 방법으로는 반응기내에서 직접 플라즈마를 발생하여 증착에 적용하는 방법과, 반응기의 외부에서 플라즈마를 발생하여 반응기내로 공급하여 증착에 적용하는 방법이 있다. In general, a method of applying plasma includes a method of generating a plasma directly in a reactor and applying it to deposition, and a method of generating a plasma from outside of the reactor and supplying it to the reactor and applying it to deposition.
도 1a에는 반응기내에서 직접 플라즈마가 발생하도록 구성한 종래의 플라즈마 화학기상증착장치가 도시되어 있다. 1A shows a conventional plasma chemical vapor deposition apparatus configured to generate plasma directly in a reactor.
도 1a에 도시된 바와 같이, 종래의 플라즈마 화학기상증착장치는 하부에 배기구(100)가 형성된 챔버(101)와, 상기 챔버(101)의 중앙 내부로 관통하게 상면에 장착되는 원료가스, 반응가스 및 퍼지가스를 주입하는 주입관(102∼104)과, 다수의 분사홀(105)이 형성되어 공정가스를 분사하는 샤워헤드(106)와, 상기 샤워헤드(106)에 의해 분사되는 공정가스에 의해 박막이 증착되는 웨이퍼 또는 기판(107 ; 이하, '기판'이라 칭함)을 지지함과 동시에 소정의 열원을 제공하는 히터(108)를 포함한다. 또한, 종래의 플라즈마 화학기상증착장치는 샤워헤드(106)에 RF전원 연결부(109)를 설치하여 외부 RF전원(110)을 연결하고, RF전원(110)이 인가되는 샤워헤드(106)를 전기적으로 절연시키기 위하여 샤워헤드(106)의 상부에 절연부(111)를 설치하여 챔버(101)의 반응기내에서 직접 플라즈마가 발생하도록 구성되어 있다. As shown in FIG. 1A, the conventional plasma chemical vapor deposition apparatus includes a chamber 101 having an exhaust port 100 formed at a lower portion thereof, and a source gas and a reaction gas mounted on an upper surface of the chamber 101 to penetrate into the center of the chamber 101. And injection heads 102 to 104 for injecting purge gas, shower heads 106 formed with a plurality of injection holes 105 to inject process gas, and process gases to be injected by the shower head 106. And a heater 108 that supports a wafer or substrate 107 (hereinafter referred to as a substrate) on which a thin film is deposited and provides a predetermined heat source. In addition, the conventional plasma chemical vapor deposition apparatus installs an RF power connection unit 109 to the shower head 106 to connect an external RF power source 110, and electrically connects the shower head 106 to which the RF power source 110 is applied. Insulating part 111 is installed on top of shower head 106 so as to insulate it, so that plasma is generated directly in the reactor of chamber 101.
이러한 직접 플라즈마 방식은 반응기내에서 플라즈마를 직접 발생하여 공정 중에 반응기내로 공급되는 원료가스를 효과적으로 활성화시켜 기판의 박막 증착 균일도 및 증착속도 등을 월등히 향상시킬 수 있다. 그러나, 이러한 직접 플라즈마 방식은 플라즈마가 반응기내에서 직접 발생함에 따른 이온주입, 이온충돌로 인해 기판 및 그 위에 형성된 회로소자의 손상을 초래하는 단점이 있다. Such a direct plasma method can generate plasma directly in the reactor to effectively activate the source gas supplied into the reactor during the process, thereby greatly improving the uniformity and deposition rate of the thin film on the substrate. However, this direct plasma method has a disadvantage of causing damage to the substrate and the circuit elements formed thereon due to ion implantation and ion collision as the plasma is generated directly in the reactor.
도 1b에는 외부 플라즈마 공급장치를 통해 외부에서 생성한 플라즈마를 반응기내로 공급하여 증착하는 종래의 플라즈마 화학기상증착장치가 도시되어 있다. FIG. 1B shows a conventional plasma chemical vapor deposition apparatus for supplying and depositing an externally generated plasma into an reactor through an external plasma supply device.
도 1b에 도시된 바와 같이, 종래의 플라즈마 화학기상증착장치는 외부 플라즈마 발생장치(112)에서 생성한 플라즈마를 이용하도록 구성한 것을 제외하고는 도 1a의 화학기상장치와 동일하게 구성된다. 즉, 도 1b의 플라즈마 화학기상증착장치는 외부 플라즈마 발생장치(112)에서 생성한 플라즈마를 직접 챔버(101)의 반응기내에 공급하여 기판(107)에 흡착된 원료가스와 반응가스 플라즈마의 반응을 유도하여 보다 낮은 온도에서 빠른 반응속도를 확보하도록 구성한 것이다. As shown in FIG. 1B, the conventional plasma chemical vapor deposition apparatus is configured in the same manner as the chemical vapor apparatus of FIG. 1A except that the plasma generated by the external plasma generator 112 is used. That is, the plasma chemical vapor deposition apparatus of FIG. 1B directly supplies the plasma generated by the external plasma generator 112 into the reactor of the chamber 101 to induce a reaction between the source gas adsorbed on the substrate 107 and the reaction gas plasma. It is configured to ensure a fast reaction rate at a lower temperature.
이러한 플라즈마 화학기상증착장치는 도 1a와 같이 반응기내에서 직접 생성되는 플라즈마로 의한 기판 및 그 위에 형성된 회로소자의 손상 등의 문제는 없지만, 플라즈마를 구성하는 이온, 전자 및 레디칼 등의 구성원들이 반응기 내부로 공급되는 동안 서로 재결합을 하여 최초 발생된 플라즈마보다 그 효율이 많이 감소하여 반응 기여도가 낮다는 단점이 있다. The plasma chemical vapor deposition apparatus does not have a problem such as damage to the substrate and the circuit elements formed thereon by the plasma generated directly in the reactor, as shown in Figure 1a, members of the ions, electrons and radicals constituting the plasma inside the reactor Recombination with each other during the supply to the reactor reduces the efficiency than the first generated plasma has a disadvantage of low reaction contribution.
따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 샤워헤드를 소정의 간격으로 구획하여 이중으로 분리하고 샤워헤드의 일측에서만 플라즈마가 발생하도록 하여 기판 및 그 위에 형성된 회로소자의 손상을 예방하는 화학기상증착장치를 제공하는 데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, divided into a showerhead at a predetermined interval to separate the double and the circuit formed on the substrate so that the plasma is generated only on one side of the showerhead It is an object of the present invention to provide a chemical vapor deposition apparatus for preventing damage to the device.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 챔버의 상부 내측면에는 샤워헤드의 상부 둘레면에 밀착되며 통전가능한 통전부가 설치되고, 상기 샤워헤드의 사이에는 외부의 RF전원을 공급받아 플라즈마를 발생하며 다수의 홀이 형성되는 RF전극판이 설치되며, 상기 챔버의 상부에는 상기 샤워헤드의 상부에 원료가스를 주입할 수 있도록 연통하는 원료가스 주입관이 설치되고, 상기 챔버의 측면에는 상기 샤워헤드의 사이에 반응가스를 주입할 수 있도록 연통하는 반응가스 주입관이 설치되는 것을 특징으로 한다. According to the present invention for achieving the above object, the upper inner surface of the chamber is in close contact with the upper circumferential surface of the shower head is provided with a current-carrying energization portion, between the shower head is supplied with an external RF power to generate a plasma And an RF electrode plate having a plurality of holes formed therein, and a source gas injection tube communicating with the upper part of the shower head so as to inject the raw gas into the upper part of the shower head. Characterized in that the reaction gas inlet pipe communicating so as to inject the reaction gas therebetween.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 샤워헤드의 상부에는 절연재를 통해 상기 챔버의 상부 내측면과 절연되고 외부의 RF전원을 공급받아 플라즈마를 발생하며 다수의 분사홀이 형성된 RF전극판이 설치되고, 상기 챔버의 상부에는 상기 샤워헤드의 상부에 반응가스를 주입할 수 있도록 연통하는 반응가스 주입관이 설치되고, 상기 챔버의 측면에는 상기 샤워헤드의 사이에 원료가스를 주입할 수 있도록 연통하는 원료가스 주입관이 설치되는 것을 특징으로 한다. In addition, according to the present invention, the upper portion of the shower head is insulated from the upper inner surface of the chamber through an insulating material and is supplied with an external RF power to generate a plasma, the RF electrode plate having a plurality of injection holes is installed, the chamber A reaction gas inlet tube communicating with the upper portion of the shower head to inject the reaction gas is installed on the upper side of the chamber, and a source gas injection tube communicating with the inlet of the source gas between the shower heads. It is characterized in that it is installed.
아래에서, 본 발명에 따른 화학기상증착장치의 양호한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the chemical vapor deposition apparatus according to the present invention will be described in detail.
본 발명의 화학기상증착장치는 원료가스 및 반응가스 등의 공정가스의 공급을 통해 박막을 형성하도록 구성된다. 또한, 본 발명의 화학기상증착장치는 샤워헤드를 소정의 간격으로 구획하여 이중으로 분리함으로써 원료가스와 반응가스가 샤워헤드의 내부에서 섞이는 것을 근본적으로 방지함과 아울러, 샤워헤드 일측의 내부에서 플라즈마를 발생하여 반응기내로 분사하도록 구성된다. The chemical vapor deposition apparatus of the present invention is configured to form a thin film through the supply of process gases such as source gas and reaction gas. In addition, the chemical vapor deposition apparatus of the present invention, by dividing the shower head at predetermined intervals and separating it into a double, thereby fundamentally preventing the source gas and the reaction gas from mixing inside the shower head, and plasma inside one side of the shower head. To generate and spray into the reactor.
<제1 실시예><First Embodiment>
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 화학기상증착장치의 구성요소들을 나타낸 개략도이다. Figure 2 is a schematic diagram showing the components of the chemical vapor deposition apparatus according to the first embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 화학기상증착장치는 챔버(200)의 상부에 챔버(200)의 일부분인 상부 플레이트(201)를 설치하고, 이 상부 플레이트(201)의 일측에 외부 RF전원(202)과 연결할 수 있는 RF전원 연결부(203)를 설치한다. RF전원 연결부(203)는 RF로드(204)와 연결되며, RF로드(204)는 그 둘레에 형성되는 RF로드 절연부(205)에 의해 상부 플레이트(201)와 전기적으로 절연된다. As shown in FIG. 2, the chemical vapor deposition apparatus of the present invention installs an upper plate 201 which is a part of the chamber 200 on an upper portion of the chamber 200, and an external RF on one side of the upper plate 201. Install an RF power connection 203 that can be connected to the power source (202). The RF power connection 203 is connected to the RF rod 204, and the RF rod 204 is electrically insulated from the upper plate 201 by the RF rod insulation 205 formed around the RF rod 204.
그리고, 상부 플레이트(201)의 하면에는 통전부(206)를 설치하되, 통전부(206)의 하부에 위치할 제1 샤워헤드(207)의 상부에 소정의 간격을 갖는 제1 버퍼부(208)가 구획되도록 한다. 즉, 통전부(206)의 둘레면에 제1 샤워헤드(207)의 둘레면을 밀착시킴으로써, 통전부(206)와 제1 샤워헤드(207)의 사이에 제1 버퍼부(208)가 구획된다. 이 때, 제1 샤워헤드(207)의 하부 둘레면은 챔버(200)의 일부분인 하부 플레이트(209)에 의해 지지되는 절연부(210)에 의해 지지된다. 즉, 제1 샤워헤드(207)의 둘레면은 통전부(206)와 절연부(210)의 사이에 위치한다. 그러므로, 제1 샤워헤드(207)는 통전부(206)를 통해 상부 플레이트(201)에 전기적으로 접지된다. In addition, although the electricity supply part 206 is provided in the lower surface of the upper plate 201, the 1st buffer part 208 which has a predetermined space | interval on the upper part of the 1st shower head 207 which is located in the lower part of the electricity supply part 206 is carried out. ) To be partitioned. That is, the first buffer portion 208 is partitioned between the energizing portion 206 and the first shower head 207 by bringing the circumferential surface of the first shower head 207 into close contact with the circumferential surface of the energizing portion 206. do. In this case, the lower circumferential surface of the first showerhead 207 is supported by the insulating portion 210 supported by the lower plate 209 which is a part of the chamber 200. That is, the circumferential surface of the first shower head 207 is positioned between the energizing portion 206 and the insulating portion 210. Therefore, the first showerhead 207 is electrically grounded to the top plate 201 through the energizing portion 206.
그리고, 절연부(210)의 하부에는 하부 플레이트(209)에 의해 지지되는 제2 샤워헤드(211)가 위치한다. 이러한 제2 샤워헤드(211)는 절연재로 형성된 것으로서, 그 상부에 위치하는 제1 샤워헤드(207)와 소정의 간격을 두고 대응하게 위치한다. 또한, 제1 샤워헤드(207)에는 원료가스를 고르게 분사하기 위한 다수의 원료가스 분사관(212)이 형성된다. 그리고, 제2 샤워헤드(211)에는 원료가스 분사관(212)이 관통하는 다수의 관통홀(213)과, 반응가스와 반응가스 레디칼을 고르게 분사하기 위한 다수의 반응가스와 레디칼 분사홀(214 ; 이하 "레디칼 분사홀"이라 함)이 형성된다. 이렇게 형성된 제1 샤워헤드(207)와 제2 샤워헤드(211)를 정위치, 즉 제2 샤워헤드(211)의 관통홀(213)에 제1 샤워헤드(207)의 원료가스 분사관(212)을 각각 끼우면 제1 샤워헤드(207)와 제2 샤워헤드(211)의 사이에 제2 버퍼부(216)가 구획된다. In addition, a second shower head 211 supported by the lower plate 209 is positioned below the insulating portion 210. The second shower head 211 is formed of an insulating material, and is disposed to correspond to the first shower head 207 at a predetermined interval. In addition, the first shower head 207 is provided with a plurality of source gas injection pipes 212 for evenly injecting the source gas. The second shower head 211 has a plurality of through holes 213 through which the source gas injection pipe 212 penetrates, and a plurality of reaction gases and radical injection holes 214 for evenly injecting the reaction gas and the reaction gas radicals. (Hereinafter, referred to as a "radical injection hole") is formed. The first shower head 207 and the second shower head 211 formed in this way, that is, the source gas injection pipe 212 of the first shower head 207 in the through hole 213 of the second shower head 211. ), The second buffer unit 216 is partitioned between the first showerhead 207 and the second showerhead 211.
그리고, 제2 샤워헤드(211)의 상면에는 제2 샤워헤드(211)와 대응하는 동일한 형태의 관통홀 및 반응가스 분사홀을 갖는 RF 전극판(215)이 위치한다. 즉, RF전극판(215)의 관통홀은 제1 샤워헤드(207)의 원료가스 분사관(212)이 끼워지도록 제2 샤워헤드(211)의 관통홀(213)과 동일한 직경을 가지며, RF전극판(215)의 분사홀은 그 축방향의 직경이 제2 샤워헤드(211)의 레디칼 분사홀(214)과 동일한 직경을 갖는다. In addition, an RF electrode plate 215 having a through hole and a reaction gas injection hole having the same shape as that of the second shower head 211 is disposed on an upper surface of the second shower head 211. That is, the through hole of the RF electrode plate 215 has the same diameter as the through hole 213 of the second shower head 211 so that the source gas injection pipe 212 of the first shower head 207 is fitted. The injection hole of the electrode plate 215 has the same diameter in the axial direction as the radical injection hole 214 of the second shower head 211.
이 때, RF 전극판(215)은 절연부(210)와 제2 샤워헤드(211)의 사이에 그 둘레면이 위치하여 고정된다. 그러므로, RF 전극판(215)은 전기적으로 접지되는 반응기의 내부 및 하부 플레이트(209)와 절연된다. 이로써, 반응기의 내부에서는 플라즈마가 발생하지 않는다. At this time, the circumferential surface of the RF electrode plate 215 is fixed between the insulating portion 210 and the second shower head 211. Therefore, the RF electrode plate 215 is insulated from the inner and bottom plates 209 of the reactor that are electrically grounded. As a result, no plasma is generated inside the reactor.
그리고, RF 전극판(215)에는 RF로드(204)가 연결된다. 그러므로, RF 전원을 공급하면 RF 전극판(215)의 상부에 위치하는 제2 버퍼부(216)에서 플라즈마가 발생한다. The RF rod 204 is connected to the RF electrode plate 215. Therefore, when RF power is supplied, plasma is generated in the second buffer unit 216 positioned above the RF electrode plate 215.
그리고, 상부 플레이트(201)의 외부 일측에는 원료가스 주입관(217)이 그 내부와 관통하여 설치되고, 하부 플레이트(209) 및 절연부(210)에는 제2 버퍼부(216)와 연통하는 반응가스 주입관(218)이 형성된다. In addition, a source gas injection tube 217 is installed at an outer side of the upper plate 201 to penetrate the inside thereof, and the lower plate 209 and the insulating unit 210 communicate with the second buffer unit 216. The gas injection pipe 218 is formed.
또한, 챔버(200)의 반응기 내부에는 실제 박막이 형성되는 웨이퍼 또는 기판(219 ; 이하, '기판'이라 칭함)을 지지함과 동시에 소정의 열에너지를 제공하는 히터(220)가 설치된다. In addition, a heater 220 is provided inside the reactor of the chamber 200 to support a wafer or substrate 219 (hereinafter, referred to as a substrate) on which an actual thin film is formed and to provide predetermined thermal energy.
상기와 같이 구성된 본 발명의 화학기상증착장치는 제2 버퍼부(216)를 통해 반응가스를 공급하고 플라즈마를 발생하여 제2 샤워헤드(211)를 통해 기판(219)에 분사하고, 제1 버퍼부(208)를 통해 원료가스를 공급하여 기판(219)에 분사하는 것이다. 그러므로, 본 발명은 원료가스와 반응가스가 샤워헤드의 내부에서 혼합되지 않을 뿐만 아니라, 플라즈마가 반응기내에서 발생하지 않는다. Chemical vapor deposition apparatus of the present invention configured as described above is supplied to the reaction gas through the second buffer unit 216 and generates a plasma to spray the substrate 219 through the second shower head 211, the first buffer The raw material gas is supplied to the substrate 219 through the unit 208. Therefore, in the present invention, not only the source gas and the reaction gas are mixed inside the shower head, but also no plasma is generated in the reactor.
<제2 실시예>Second Embodiment
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 화학기상증착장치의 구성요소들을 나타낸 개략도이다. Figure 3 is a schematic diagram showing the components of the chemical vapor deposition apparatus according to the second embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 화학기상증착장치는 챔버(300)의 상부에 챔버(300)의 일부분인 상부 플레이트(301)를 설치하고, 이 상부 플레이트(301)의 일측에 외부 RF전원(302)과 연결할 수 있는 RF전원 연결부(303)를 설치한다. RF전원 연결부(303)는 RF로드(304)와 연결되며, RF로드(304)는 그 둘레에 형성되는 RF로드 절연부(305)에 의해 상부 플레이트(301)와 전기적으로 절연된다. As shown in FIG. 3, the chemical vapor deposition apparatus of the present invention installs an upper plate 301 which is a part of the chamber 300 on the upper part of the chamber 300, and an external RF on one side of the upper plate 301. Install an RF power connection 303 that can be connected to the power source (302). The RF power connection 303 is connected to the RF rod 304, and the RF rod 304 is electrically insulated from the upper plate 301 by an RF rod insulation 305 formed around the RF rod 304.
그리고, 상부 플레이트(301)의 하부에는 그 상부에 소정의 간격을 갖는 제1 버퍼부(308)가 구획되도록 RF전극판(315)을 설치한다. 이러한 RF전극판(315)은 RF로드(304)에 연결되는 것으로서, 상부 플레이트(301)의 하부 둘레면에 형성되는 상부 절연부(306)와, RF전극판(315)의 하면과 밀착되는 제1 샤워헤드(307)에 의해 지지된다. 그리고, 제1 샤워헤드(307)는 하부 플레이트(309)에 의해 지지되는 하부 절연부(310)에 의해 그 둘레면이 지지된다. 이러한 제1 샤워헤드(307)는 전기가 통전되지 않는 절연재로 구성된다. 그러므로, RF전극판(315)은 전기적으로 접지되는 반응기의 내부 및 챔버(300)의 일부분인 하부 플레이트(309)와 전기적으로 절연된다. 이로써, RF전극판(315)에 RF전원이 공급될 경우 제1 버퍼부(308)에서만 플라즈마가 발생한다.In addition, an RF electrode plate 315 is disposed below the upper plate 301 so that the first buffer unit 308 having a predetermined interval is partitioned thereon. The RF electrode plate 315 is connected to the RF rod 304, the upper insulating portion 306 formed on the lower circumferential surface of the upper plate 301 and the agent in close contact with the lower surface of the RF electrode plate 315. It is supported by one showerhead 307. In addition, the circumferential surface of the first shower head 307 is supported by the lower insulating portion 310 supported by the lower plate 309. The first shower head 307 is made of an insulating material that is not energized. Therefore, the RF electrode plate 315 is electrically insulated from the lower plate 309 that is part of the chamber 300 and inside of the reactor that is electrically grounded. Thus, when RF power is supplied to the RF electrode plate 315, plasma is generated only in the first buffer unit 308.
그리고, 하부 절연부(310)의 하부에는 하부 플레이트(309)에 의해 지지되는 제2 샤워헤드(311)가 위치한다. 이러한 제2 샤워헤드(311)는 그 상부에 위치하는 제1 샤워헤드(307)와 소정의 간격을 두고 대응하게 위치한다. In addition, a second shower head 311 supported by the lower plate 309 is positioned below the lower insulating portion 310. The second shower head 311 is positioned corresponding to the first shower head 307 positioned at an upper portion thereof at a predetermined interval.
또한, 제1 샤워헤드(307)에는 반응가스와 반응가스 레디칼을 고르게 분사하기 위한 다수의 반응가스와 레디칼 분사관(312 ; 이하 "레디칼 분사관"이라 함)이 형성된다. 그리고, 제2 샤워헤드(311)에는 레디칼 분사관(312)이 관통하는 다수의 관통홀(313)과, 원료가스를 고르게 분사하기 위한 다수의 원료가스 분사홀(314)이 형성된다. 이렇게 형성된 제1 샤워헤드(307)와 제2 샤워헤드(311)를 정위치, 즉 제2 샤워헤드(311)의 관통홀(313)에 제1 샤워헤드(307)의 레디칼 분사관(312)을 각각 끼우면 제1 샤워헤드(307)와 제2 샤워헤드(311)의 사이에 제2 버퍼부(316)가 구획된다. In addition, the first shower head 307 is provided with a plurality of reaction gases and radical injection tubes 312 (hereinafter referred to as "radical injection tubes") for evenly injecting the reaction gas and the reaction gas radicals. The second shower head 311 includes a plurality of through holes 313 through which the radical injection pipe 312 penetrates, and a plurality of source gas injection holes 314 for evenly injecting the source gas. The first shower head 307 and the second shower head 311 formed in this way, that is, the radical injection pipe 312 of the first shower head 307 in the through hole 313 of the second shower head 311 In this case, the second buffer part 316 is partitioned between the first shower head 307 and the second shower head 311.
그리고, RF전극판(315)에는 제1 샤워헤드(311)의 레디칼 분사관(312)과 동일한 직경을 갖는 다수의 분사홀이 레디칼 분사관(312)과 대응하는 위치에 형성된다. 그리고, 상부 플레이트(301)의 외부 일측에는 반응가스 주입관(318)이 그 내부와 관통하여 설치되고, 하부 플레이트(309) 및 하부 절연부(310)에는 제2 버퍼부(316)와 연통하는 원료가스 주입관(317)이 형성된다. In the RF electrode plate 315, a plurality of injection holes having the same diameter as the radical injection tube 312 of the first shower head 311 is formed at a position corresponding to the radical injection tube 312. In addition, a reaction gas injection tube 318 is installed at an outer side of the upper plate 301 and penetrates through the inside thereof, and the lower plate 309 and the lower insulator 310 communicate with the second buffer unit 316. The source gas injection pipe 317 is formed.
또한, 챔버(300)의 반응기 내부에는 실제 박막이 형성되는 웨이퍼 또는 기판(319 ; 이하, '기판'이라 칭함)을 지지함과 동시에 소정의 열에너지를 제공하는 히터(320)가 설치된다. In addition, a heater 320 is provided inside the reactor of the chamber 300 to support a wafer or substrate 319 (hereinafter, referred to as a substrate) on which an actual thin film is formed and to provide predetermined thermal energy.
상기와 같이 구성된 본 발명의 화학기상증착장치는 제1 버퍼부(308)를 통해 반응가스를 공급하고 플라즈마를 발생하여 제1 샤워헤드(307)를 통해 기판(319)에 분사하고, 제2 버퍼부(316)를 통해 원료가스를 공급하여 기판(319)에 분사하는 것이다. 그러므로, 본 발명은 원료가스와 반응가스가 샤워헤드의 내부에서 혼합되지 않을 뿐만 아니라, 플라즈마가 반응기내에서 발생하지 않는다. The chemical vapor deposition apparatus of the present invention configured as described above supplies the reaction gas through the first buffer unit 308 and generates a plasma to spray the substrate 319 through the first shower head 307, and the second buffer. The raw material gas is supplied through the unit 316 to be sprayed onto the substrate 319. Therefore, in the present invention, not only the source gas and the reaction gas are mixed inside the shower head, but also no plasma is generated in the reactor.
도 4a는 도 2 및 도 3에 도시된 화학기상증착장치의 중요부분인 샤워헤드의 배면을 나타낸 배면도로서, 제2 샤워헤드(211, 311)의 배면에는 다수의 원료가스 분사관(212) 또는 레디칼 분사관(312)의 관통홀(213, 313)과, 레디칼 분사홀(214) 또는 원료가스 분사홀(314)이 격자 모양으로 배열된다. FIG. 4A is a rear view showing a rear surface of a shower head which is an important part of the chemical vapor deposition apparatus shown in FIGS. 2 and 3, and a plurality of source gas injection pipes 212 are provided on the rear surfaces of the second shower heads 211 and 311. Alternatively, the through holes 213 and 313 of the radical injection pipe 312 and the radical injection hole 214 or the source gas injection hole 314 are arranged in a lattice shape.
도 4b 및 도 4c는 도 3에 도시된 화학기상증착장치의 일부분인 RF 전극판의 형태를 각각 나타낸 개략도이다. 4B and 4C are schematic diagrams each showing the form of an RF electrode plate which is a part of the chemical vapor deposition apparatus shown in FIG. 3.
도 3, 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 RF전극판(315)에 형성된 분사홀은 반응가스 레디칼을 고르게 기판(319)에 분사하는 역할을 한다. 이러한 분사홀은 그 축방향으로 동일한 직경을 갖는 것으로서, 제1 샤워헤드(307)의 레디칼 분사관(312)과 동일한 직경을 갖는다. 또한, 전극판(315)의 분사홀은 상부의 직경이 크고 하부의 직경이 작은 테이퍼진 형태를 갖는 것으로서, 이러한 분사홀의 제일 하단은 제1 샤워헤드(307)의 레디칼 분사관(312)과 동일한 직경을 갖는다. As shown in FIGS. 3, 4B and 4C, the injection holes formed in the RF electrode plate 315 according to the second embodiment of the present invention evenly spray the reaction gas radicals onto the substrate 319. These injection holes have the same diameter in the axial direction, and have the same diameter as the radical injection pipe 312 of the first shower head 307. In addition, the injection hole of the electrode plate 315 has a tapered shape in which the upper diameter is large and the lower diameter is small, and the bottom of the injection hole is the same as the radical injection pipe 312 of the first shower head 307. Have a diameter.
상기와 같은 형태를 갖는 RF전극판(315)에 RF전원(302)이 인가되면, 제1 버퍼부(308)에서 플라즈마가 발생한다. 하지만, 반응기내의 압력, 즉 샤워헤드 내부의 압력과 인가된 RF전원의 세기에 따라 RF전극판(315)의 분사홀 내에도 플라즈마가 발생하는 할로우 캐소드 현상(hollow cathode effect)이 발생한다. 이 때, 도 4c와 같이 테이퍼진 분사홀의 경우에는 낮은 RF전원에서도 할로우 캐소드 현상이 발생한다. 이러한 할로우 캐소드 현상이 발생하면, 동일한 RF전원에 의해 발생하는 플라즈마의 밀도측면에서 할로우 캐소드 현상이 없는 경우보다 플라즈마 밀도가 증가하여 기판의 증착효율이 증가된다. When the RF power source 302 is applied to the RF electrode plate 315 having the above shape, plasma is generated in the first buffer unit 308. However, a hollow cathode effect occurs in which plasma is generated in the injection hole of the RF electrode plate 315 according to the pressure in the reactor, that is, the pressure inside the shower head and the intensity of the applied RF power. At this time, in the case of the tapered injection hole as shown in FIG. When such a hollow cathode phenomenon occurs, the plasma density increases compared to the case where there is no hollow cathode phenomenon in terms of the density of plasma generated by the same RF power source, thereby increasing the deposition efficiency of the substrate.
앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 화학기상증착장치는, 샤워헤드를 소정의 간격으로 구획하여 이중으로 분리하여 원료가스와 반응가스가 샤워헤드의 내부에서 섞이는 것을 근본적으로 방지함과 아울러, 샤워헤드 일측의 내부에서 플라즈마를 발생하여 반응기내로 분사함으로, 기판 및 그 위에 형성된 회로소자의 손상을 예방하는 효과가 있다. As described in detail above, the chemical vapor deposition apparatus of the present invention divides the shower head at predetermined intervals and separates the shower head in a double manner, thereby fundamentally preventing mixing of the source gas and the reaction gas in the shower head, and at one side of the shower head. By generating a plasma in the interior of the injection into the reactor, there is an effect of preventing damage to the substrate and the circuit elements formed thereon.
이상에서 본 발명의 화학기상증착장치에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. The technical details of the chemical vapor deposition apparatus of the present invention have been described above with the accompanying drawings, but this is by way of example only for describing the best embodiment of the present invention and not for limiting the present invention.
또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구의 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다. In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations within the scope of the appended claims without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
도 1a는 종래의 플라즈마 화학기상증착장치의 구성요소들을 나타낸 개략도이고, Figure 1a is a schematic diagram showing the components of a conventional plasma chemical vapor deposition apparatus,
도 1b는 외부 플라즈마 공급장치를 사용하는 종래의 플라즈마 화학기상증착장치의 구성요소들을 나타낸 개략도이고, Figure 1b is a schematic diagram showing the components of a conventional plasma chemical vapor deposition apparatus using an external plasma supply device,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 화학기상증착장치의 구성요소들을 나타낸 개략도이고, 2 is a schematic view showing the components of the chemical vapor deposition apparatus according to the first embodiment of the present invention,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 화학기상증착장치의 구성요소들을 나타낸 개략도이고, 3 is a schematic view showing the components of the chemical vapor deposition apparatus according to the second embodiment of the present invention,
도 4a는 도 2 및 도 3에 도시된 화학기상증착장치의 중요부분인 샤워헤드의 배면을 나타낸 배면도이며, Figure 4a is a rear view showing the back of the showerhead which is an important part of the chemical vapor deposition apparatus shown in Figures 2 and 3,
도 4b 및 도 4c는 도 3에 도시된 화학기상증착장치의 일부분인 RF 전극판의 형태를 각각 나타낸 개략도이다. 4B and 4C are schematic diagrams each showing the form of an RF electrode plate which is a part of the chemical vapor deposition apparatus shown in FIG. 3.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠ ♠ Explanation of symbols on the main parts of the drawing ♠
200 : 챔버 201 : 상부 플레이트200: chamber 201: upper plate
202 : RF전원 203 : RF전원 연결부202: RF power source 203: RF power connection
204 : RF로드 205 : RF로드 절연부204: RF rod 205: RF rod insulation
206 : 통전부 207 : 제1 샤워헤드206: energization section 207: first shower head
208 : 제1 버퍼부 209 : 하부 플레이트208: first buffer portion 209: lower plate
210 : 절연부 211 : 제2 샤워헤드210: insulation 211: second shower head
212 : 원료가스 분사관 213 : 관통홀212: source gas injection pipe 213: through hole
214 : 레디칼 분사홀 215 : RF전극판214: Radial injection hole 215: RF electrode plate
216 : 제2 버퍼부 217 : 원료가스 주입관216: second buffer unit 217: source gas injection pipe
218 : 반응가스 주입관 219 : 기판218: reaction gas inlet tube 219: substrate
220 : 히터 220: heater
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