KR100502420B1

KR100502420B1 - Deposition apparatus used in manufacturing semiconductor devices

Info

Publication number: KR100502420B1
Application number: KR10-2003-0034505A
Authority: KR
Inventors: 황완구; 박재영; 남기홍; 이수형; 이성현
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2005-07-20
Also published as: KR20040103556A

Abstract

본 발명은 증착 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 처리실, 상기 처리실 내에 배치되며 반도체 기판이 놓여지는 서셉터, 상기 처리실 내부를 공정온도로 유지하는 히터, 그리고 상기 반도체 기판을 향해 반응가스를 분사하는 샤워헤드를 가지며, 상기 샤워헤드의 표면은 열이 반사되는 것을 최소화하기 위해 반사방지막으로 코팅된다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a deposition apparatus, wherein the apparatus is disposed in a processing chamber, a susceptor in which a semiconductor substrate is placed, a heater for maintaining a process temperature inside the processing chamber, and a shower for injecting reaction gas toward the semiconductor substrate. With a head, the surface of the showerhead is coated with an antireflective film to minimize heat reflection.

상술한 구조를 가지는 본 발명의 장치에 의하면 일정시간 증착공정이 진행되어 샤워헤드 및 배기플레이트에 반응가스들이 증착되더라도, 처리실 내의 공정온도를 균일하게 유지할 수 있는 효과가 있다.According to the apparatus of the present invention having the above-described structure, even if the reaction gas is deposited on the shower head and the exhaust plate by the deposition process for a predetermined time, the process temperature in the processing chamber can be maintained uniformly.

Description

Evaporation apparatus used for semiconductor device manufacturing {DEPOSITION APPARATUS USED IN MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICES}

본 발명은 반도체 소자를 제조하기 위한 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 반도체 기판 상에 소정의 막을 증착하는 증착 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a deposition apparatus for depositing a predetermined film on a semiconductor substrate.

최근에 반도체 소자의 제조 기술은 정보 통신 기술의 비약적인 발전에 따라 집적도, 신뢰도 및 처리 속도 등을 향상시키는 방향으로 발전되고 있다. 반도체 소자는 실리콘 단결정으로부터 반도체 기판으로 사용되는 실리콘 웨이퍼를 제작하고, 웨이퍼 상에 막을 형성한 후 막을 전기적 특성을 갖는 패턴으로 형성함으로서 제조된다.Recently, the manufacturing technology of semiconductor devices has been developed in the direction of improving integration, reliability, processing speed, and the like with the rapid development of information and communication technology. A semiconductor device is manufactured by fabricating a silicon wafer to be used as a semiconductor substrate from a silicon single crystal, forming a film on the wafer, and then forming the film into a pattern having electrical properties.

증착 공정은 웨이퍼 상에 소정의 막을 형성하는 공정으로, 화학 기상 증착법과 원자층 증착법 등이 있다. 화학 기상 증착법은 반응 챔버 내에 두 가지 이상의 반응 가스들을 동시에 공급하여 기상 상태의 반응 가스들 사이의 반응 및 웨이퍼 표면에서의 흡착을 통하여 막을 증착하는 방법이다. 원자층 증착법은 반응 챔버 내로 두 가지 이상의 반응 가스들을 순차적으로 공급하면서 각각의 반응 가스의 분해 및 흡착을 통하여 원자층 단위의 막을 증착하는 방법이다. 원자층 증착법은 일반적인 화학 기상 증착법에 비하여 비교적 낮은 온도에서 보다 우수한 스텝 커버리지를 갖는 박막을 증착시킬 수 있고 원자층 단위로 박막을 제어할 수 있어 나노 스케일의 얇은 박막을 증착하는 데 효과적이다. The deposition process is a process of forming a predetermined film on the wafer, and includes a chemical vapor deposition method and an atomic layer deposition method. Chemical vapor deposition is a method of simultaneously depositing two or more reaction gases into a reaction chamber to deposit a film through reaction between gaseous reaction gases and adsorption on a wafer surface. The atomic layer deposition method is a method of depositing atomic layer units through decomposition and adsorption of each reaction gas while sequentially supplying two or more reaction gases into the reaction chamber. The atomic layer deposition method is capable of depositing a thin film having better step coverage at a relatively lower temperature than the general chemical vapor deposition method, and can control the thin film in atomic layer units, which is effective to deposit a thin film of nanoscale.

이러한 증착공정이 수행되는 장치는 일반적으로 공정챔버 내에 히터를 내장하며 웨이퍼를 지지하는 서셉터와 서셉터 상에 배치된 웨이퍼에 반응가스를 분사하는 샤워헤드를 가진다. 샤워헤드는 히터로부터 발생되어 서셉터의 상부로 상승되는 열을 다시 공정챔버 내의 하부로 반사시킴으로써 공정챔버 내의 온도가 공정온도로 빠르게 도달되도록 하기 위해 스테인리스 스틸, 인코넬, 또는 알루미늄과 같이 반사율이 높은 물질로 이루어진다. 그러나 일정시간이 경과되면, 샤워헤드에는 반응가스들이 증착되고, 이는 샤워헤드의 열 반사율을 떨어뜨린다. 이로 인해 챔버 내부는 공정온도보다 낮은 온도를 가지게 된다. 따라서 공정온도에 도달되기 위해서는 히터를 높은 온도로 가열하여야 하므로 많은 시간이 소요되며, 이로 인해 장비 가동률이 저하되는 문제가 있다.The apparatus in which such a deposition process is performed generally includes a susceptor for supporting a wafer and a showerhead for injecting a reaction gas to a wafer disposed on the susceptor. The showerhead reflects heat from the heater and rises to the top of the susceptor back to the bottom of the process chamber so that the temperature in the process chamber can be reached quickly to the process temperature, such as stainless steel, inconel, or aluminum. Is made of. However, after a certain time, reaction gases are deposited in the showerhead, which lowers the heat reflectance of the showerhead. As a result, the inside of the chamber has a temperature lower than the process temperature. Therefore, since the heater must be heated to a high temperature in order to reach the process temperature, it takes a lot of time, and thus there is a problem that the operation rate of the equipment is lowered.

본 발명은 일정시간 증착공정이 진행된 후에도 공정챔버 내 공정온도가 균일하게 유지되는 증착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a deposition apparatus in which a process temperature in a process chamber is maintained even after a deposition process is performed for a predetermined time.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 증착 장치는 처리실, 상기 처리실 내에 배치되며 반도체 기판이 놓여지는 서셉터, 상기 처리실 내부를 공정온도로 유지하는 히터, 그리고 상기 반도체 기판을 향해 반응가스를 분사하는 샤워헤드를 가지며, 상기 샤워헤드의 표면은 열이 반사되는 것을 최소화하기 위해 반사방지막으로 코팅된다. 또한 상기 처리실 내에 잔류하는 공정부산물들이 배기되는 배기플레이트가 상기 처리실의 하부에 위치될 수 있으며, 상기 배기플레이트는 열이 반사되는 것을 최소화하기 위해 상기 반사방지막으로 코팅된다. 상기 반사방지막은 산화막이거나 세라믹으로 코팅될 수 있다.In order to achieve the above object, the vapor deposition apparatus of the present invention is a process chamber, a susceptor disposed in the processing chamber, the semiconductor substrate is placed, a heater for maintaining the inside of the processing chamber at a process temperature, and spraying the reaction gas toward the semiconductor substrate It has a showerhead, and the surface of the showerhead is coated with an antireflection film to minimize heat reflection. In addition, an exhaust plate through which process by-products remaining in the process chamber are evacuated may be disposed under the process chamber, and the exhaust plate may be coated with the anti-reflection film to minimize heat reflection. The anti-reflection film may be an oxide film or coated with a ceramic.

바람직하게는 상기 샤워헤드의 표면이 울퉁불퉁하게 되도록 상기 반사방지막은 상기 배기플레이트에 세라믹 비즈를 분사함으로써 형성될 수 있다.Preferably, the anti-reflection film may be formed by spraying ceramic beads on the exhaust plate so that the surface of the shower head is uneven.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 을 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape of the elements in the drawings are exaggerated to emphasize a clearer description.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 증착 장치를 개략적으로 보여주는 단면도이다. 1 is a cross-sectional view schematically showing a deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 증착 장치는 웨이퍼와 같은 반도체 기판 상에 소정의 막을 형성하는 장치로, 공정챔버(process chamber)(100), 서셉터(susceptor)(160), 히터(heater)(180), 배기플레이트(exhaust plate)(200), 그리고 샤워헤드(showerhead)(300)를 가진다. 공정챔버(100)는 내부에 웨이퍼(W)를 수용하며 웨이퍼(W) 상에 반응가스의 증착이 진행되는 처리실(process room)(120)과 공정진행 중 처리실(120)에서 발생된 공정부산물의 배기를 위한 공간을 제공하는 배기실(exhaust room)(140)을 가진다. 배기실(140)은 처리실(120)의 하부에 배치되며, 처리실(120)과 배기실(140) 사이에는 배기플레이트(200)가 위치된다. 배기실(140)의 바닥면에는 외부의 배기관(170)이 연결되는 배기포트(142)가 형성되고, 배기관(170)에는 공정챔버(100) 내를 공정압력으로 유지하고 처리실(140) 내의 공정부산물을 강제흡입하기 위해 진공펌프(도시되지 않음)가 연결된다. 배기포트(142)는 배기플레이트(200)에 전체적으로 균일한 흡입력을 제공하기 위해 배기실(140)의 바닥면 중앙에 형성되거나, 이와 달리 바닥면 가장자리에 복수개가 형성될 수 있다. Referring to FIG. 1, a deposition apparatus is a device for forming a predetermined film on a semiconductor substrate such as a wafer, and includes a process chamber 100, a susceptor 160, and a heater 180. , An exhaust plate 200, and a showerhead 300. The process chamber 100 accommodates a wafer W therein, and includes a process room 120 in which deposition of reaction gas proceeds on the wafer W, and a process by-product generated in the process chamber 120 during a process. It has an exhaust room 140 which provides a space for the exhaust. The exhaust chamber 140 is disposed below the processing chamber 120, and an exhaust plate 200 is positioned between the processing chamber 120 and the exhaust chamber 140. An exhaust port 142 is formed on the bottom surface of the exhaust chamber 140 to connect an external exhaust pipe 170. The exhaust pipe 170 maintains the process chamber 100 at a process pressure and processes the process chamber 140. A vacuum pump (not shown) is connected for forced suction of by-products. The exhaust port 142 may be formed at the center of the bottom surface of the exhaust chamber 140 to provide a uniform suction force to the exhaust plate 200, or a plurality of exhaust ports 142 may be formed at the edge of the bottom surface.

배기플레이트(200)는 반응가스들이 웨이퍼(W) 상에 전체적으로 균일하게 공급되고, 공정부산물의 배기가 잘 이루어지도록 링형상으로 형성되며, 균등한 간격으로 형성된 배기홀들(222)을 가진다. 그러나 상술한 구조와 달리 공정챔버(100)는 별도의 배기실(140) 및 배기플레이트(200)를 구비하지 않고 처리실(120)의 바닥면에 배기관(170)과 직접 연결되는 적어도 하나의 배기포트(142)가 형성될 수 있다.The exhaust plate 200 is formed in a ring shape so that the reaction gases are uniformly supplied on the wafer W as a whole, and the process by-products are well discharged, and the exhaust plates 222 are formed at even intervals. However, unlike the above-described structure, the process chamber 100 does not include a separate exhaust chamber 140 and an exhaust plate 200, but at least one exhaust port directly connected to the exhaust pipe 170 on the bottom surface of the process chamber 120. 142 may be formed.

처리실(120) 내의 하부에는 웨이퍼(W)가 놓여지는 서셉터(160)가 배치된다. 비록 도시하지는 않았으나 서셉터(160)의 내부에는 이송아암(도시되지 않음)에 의해 처리실(120)로 이송된 웨이퍼를 이송아암으로부터 인계 받고, 이를 서셉터(160)의 상부면으로 안착시키는 리프트 핀들(도시되지 않음)의 이동통로인 홀들이 형성될 수 있다. 서셉터(160)로는 정전기적 인력에 의해 웨이퍼(W)를 유지하는 정전척이 사용될 수 있으며, 이와 달리 서셉터(160)는 기계적인 클램프에 웨이퍼(W)를 고정할 수 있다. The susceptor 160 on which the wafer W is placed is disposed in the lower portion of the processing chamber 120. Although not shown, lift pins that take over the wafer transferred to the processing chamber 120 by a transfer arm (not shown) from the transfer arm and seat it on the upper surface of the susceptor 160 are not shown. Holes that are moving passages (not shown) may be formed. As the susceptor 160, an electrostatic chuck holding the wafer W by electrostatic attraction may be used. Alternatively, the susceptor 160 may fix the wafer W to a mechanical clamp.

서셉터(160)의 내부에는 히터(180)가 삽입된다. 히터(180)는 웨이퍼(W)를 공정온도로 유지하기 위한 것으로 코일형상으로 형성될 수 있다.The heater 180 is inserted into the susceptor 160. The heater 180 may be formed in a coil shape to maintain the wafer W at a process temperature.

처리실(120) 내의 상부에는 분사부(300)가 설치된다. 분사부(300)로는 원통형의 측면(340)과 복수의 분사공들(322)이 형성된 하부면(320)을 가지며, 그 상부면은 개방된 샤워헤드(showerhead)가 사용될 수 있다. 샤워헤드(300)는 처리실(120)의 상부면(또는 덮개)에 서셉터(160)와 대향되도록 결합되며, 샤워헤드(300)와 처리실(120)의 상부면 사이에는 가스도입공간(150)이 제공된다. 처리실(120)의 상부면 중앙에는 외부의 가스공급관(460)과 연결되는 포트(122)가 형성된다. 즉, 가스공급관(460)을 통해 가스도입공간(150)으로 유입된 반응가스는 샤워헤드(300)의 하부면에 형성된 분사공들(322)을 통해 아래로 공급된다.The injection unit 300 is installed in the upper portion of the processing chamber 120. The injection part 300 has a cylindrical side surface 340 and a lower surface 320 having a plurality of injection holes 322 formed therein, and an upper shower head may be used. The shower head 300 is coupled to the upper surface (or cover) of the processing chamber 120 so as to face the susceptor 160, and the gas introduction space 150 is disposed between the shower head 300 and the upper surface of the processing chamber 120. This is provided. A port 122 connected to an external gas supply pipe 460 is formed in the center of the upper surface of the processing chamber 120. That is, the reaction gas introduced into the gas introduction space 150 through the gas supply pipe 460 is supplied downward through the injection holes 322 formed in the lower surface of the shower head 300.

샤워헤드(300)는 스테인리스 스틸(stainless steel), 알루미늄(aluminum), 또는 인코넬(inconel)을 재질로 하여 만들어지며, 서셉터(160)와 마주보는 샤워헤드(300)의 표면에는 반사방지막(360)이 코팅된다. 반사방지막(360)은 히터(160)로부터 발생된 열(예컨대, 적외선)이 샤워헤드(300)에 의해 반사되는 것을 방지하기 위한 것이다. The shower head 300 is made of stainless steel, aluminum, or inconel, and has an antireflection film 360 on the surface of the shower head 300 facing the susceptor 160. ) Is coated. The anti-reflection film 360 is for preventing heat (eg, infrared rays) generated from the heater 160 from being reflected by the shower head 300.

비록 샤워헤드(300)에 의해 열이 반사되면 처리실(120) 내부가 공정온도에 빠르게 도달될 수 있으나 일정시간 공정이 진행된 후에 샤워헤드(300)에 반응가스들이 증착되면, 반사율이 떨어지게 되며 이로 인해 처리실(120) 내의 공정조건(특히, 공정온도)이 변화된다. 반사방지막(360)을 샤워헤드(300)의 표면에 형성함으로써 공정진행 동안에 처리실 내부의 공정온도는 균일하게 유지될 수 있다. Although the heat is reflected by the shower head 300, the inside of the process chamber 120 may quickly reach the process temperature. However, if reaction gases are deposited in the shower head 300 after the process is performed for a predetermined time, the reflectance may be lowered. Process conditions (particularly process temperatures) in the processing chamber 120 are changed. By forming the anti-reflection film 360 on the surface of the shower head 300, the process temperature inside the processing chamber can be maintained uniformly during the process.

또한, 상술한 배기플레이트(200)는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 또는 인코넬을 재질로 하여 만들어진다. 이는 샤워헤드(300)로부터 아래로 반사된 열을 다시 반대방향으로 반사하여 처리실 내의 공정온도에 영향을 미칠 수 있다. 이를 방지하기 위해 배기플레이트(200)의 상부 표면에는 샤워헤드(300)와 동일한 반사방지막(360)이 코팅될 수 있다.In addition, the above-described exhaust plate 200 is made of stainless steel, aluminum, or Inconel. This may again reflect the heat reflected from the shower head 300 in the opposite direction to affect the process temperature in the process chamber. In order to prevent this, the same anti-reflection film 360 as the shower head 300 may be coated on the upper surface of the exhaust plate 200.

도 2a와 도 2b는 반사방지막(260, 360)이 코팅된 샤워헤드(300)와 배기플레이트(200)의 일예를 보여주는 도면이다. 도 2a와 도 2b를 참조하면, 반사방지막(260, 360)으로 샤워헤드(300)와 배기플레이트(200) 표면에는 실리콘 옥사이드와 같은 산화막이 코팅될 수 있다. 또는 이와 달리 웨이퍼(W) 상에 증착되는 물질과 동일한 물질을 샤워헤드(300)와 배기플레이트(200) 표면에 코팅할 수 있다.2A and 2B illustrate an example of a shower head 300 and an exhaust plate 200 coated with anti-reflection films 260 and 360. 2A and 2B, an oxide film such as silicon oxide may be coated on the surface of the shower head 300 and the exhaust plate 200 with the anti-reflection films 260 and 360. Alternatively, the same material as the material deposited on the wafer W may be coated on the shower head 300 and the exhaust plate 200.

도 3a와 도 3b는 반사방지막(260, 360)이 코팅된 샤워헤드(300)와 배기플레이트(200)의 다른 예를 보여주는 도면이다. 도 3a와 도 3b를 참조하면, 샤워헤드(300)와 배기플레이트(200)는 울퉁불퉁한 표면을 가진다. 이를 위해 샤워헤드(300)와 배기플레이트(200)의 표면에 세라믹 비드(ceramic bead)를 분사함으로써 반사방지막(260, 360)을 코팅한다. 샤워헤드(300)와 배기플레이트(200)의 표면을 울퉁불퉁하게 형성함으로써 히터(180)로부터 발생된 열은 샤워헤드(300)에 의해 난반사되므로 웨이퍼(W)의 온도에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.3A and 3B illustrate another example of the shower head 300 and the exhaust plate 200 coated with the anti-reflection films 260 and 360. 3A and 3B, the showerhead 300 and the exhaust plate 200 have a rugged surface. To this end, the anti-reflection films 260 and 360 are coated by spraying ceramic beads on the surfaces of the shower head 300 and the exhaust plate 200. By unevenly forming surfaces of the shower head 300 and the exhaust plate 200, the heat generated from the heater 180 is diffusely reflected by the shower head 300, thereby minimizing the influence on the temperature of the wafer W. .

상술한 구조를 가진 본 발명에 의하면, 샤워헤드(300)와 배기플레이트(200)의 열 반사율이 낮으므로 이들이 공정온도에 미치는 영향은 감소된다. 따라서 샤워헤드(300)와 배기플레이트(200)에 반응가스가 증착되더라도, 공정진행 중 공정조건은 균일하게 유지될 수 있다.According to the present invention having the above-described structure, since the heat reflectance of the shower head 300 and the exhaust plate 200 is low, the effect of these on the process temperature is reduced. Therefore, even if the reaction gas is deposited on the shower head 300 and the exhaust plate 200, the process conditions during the process can be kept uniform.

본 발명인 증착장치에 의하면, 일정시간 증착공정이 진행되어 샤워헤드 및 배기플레이트에 반응가스들이 증착되더라고, 처리실 내의 공정온도를 균일하게 유지할 수 있는 효과가 있다.According to the deposition apparatus of the present invention, even if the reaction gas is deposited on the shower head and the exhaust plate for a predetermined time the deposition process, there is an effect that can maintain a uniform process temperature in the processing chamber.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 증착장치의 개략적인 단면도;1 is a schematic cross-sectional view of a deposition apparatus according to a preferred embodiment of the present invention;

도 2a와 도 2b는 도 1의 샤워헤드와 배기플레이트의 일예를 보여주는 단면도; 그리고2A and 2B are sectional views showing an example of the showerhead and the exhaust plate of FIG. 1; And

도 3a와 도 3b는 도 1의 샤워헤드와 배기플레이트의 다른 예를 보여주는 사시도이다.3A and 3B are perspective views illustrating another example of the showerhead and the exhaust plate of FIG. 1.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 공정챔버 120 : 처리실100: process chamber 120: processing chamber

140 : 배기실 160 : 서셉터140: exhaust chamber 160: susceptor

180 : 히터 200 : 배기플레이트180: heater 200: exhaust plate

300 : 샤워헤드 260, 360 : 반사방지막300: shower head 260, 360: antireflection film

Claims

In the vapor deposition apparatus for manufacturing a semiconductor element,

A processing chamber;

A susceptor disposed in the processing chamber and in which a semiconductor substrate is placed;

A heater for maintaining the inside of the processing chamber at a process temperature; And

A shower head for spraying the reaction gas toward the semiconductor substrate,

And the surface of the showerhead is coated with an anti-reflection film to minimize heat reflection.

The method of claim 1,

The deposition apparatus may further include an exhaust plate disposed below the process chamber and exhausting process by-products remaining in the process chamber.

And the exhaust plate is coated with the anti-reflection film to minimize heat reflection.

The method according to claim 1 or 2,

And the anti-reflection film is an oxide film.

The method according to claim 1 or 2,

The antireflection film is a deposition apparatus, characterized in that the ceramic.

The method of claim 4, wherein

And the anti-reflection film is formed by spraying ceramic beads onto the shower head so that the surface of the shower head is unevenly formed.