KR100632037B1 - 화학기상증착장비의 가스분배방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화학기상증착장비의 가스분배방법에 관한 것으로, 반응기의 일정 압력 및 온도를 유지한 상태에서 반응가스공급라인과 캐리어가스공급라인으로 각각 공급되는 반응가스와 캐리어가스를 가스주입라인을 통해 반응기내에 주입하여 반응기내의 웨이퍼에 실리콘 산화막을 증착하는 증착 단계와, 증착 단계가 완료되면 가스라인들에 잔류하는 반응가스를 반응기를 경유하지 않은 상태에서 바이패스시켜 배기하는 잔류가스 배출 단계와, 잔류가스 배출 단계가 완료되면 반응기의 소정 압력 및 온도를 유지한 상태에서 반응기내에 캐리어가스를 공급하여 반응기내를 씻어내는 퍼지 단계를 포함하며, 실리콘 산화막을 화학기상증착 공정으로 형성한 후에 반응기내를 씻어내는 퍼지 단계를 수행하기에 앞서 가스공급라인에 잔류하는 반응가스를 제거하여 퍼지 단계에서 반응기내의 웨이퍼가 잔류 반응가스에 의해 오염되는 것을 미연에 방지하는 이점이 있다.
화학기상증착, BPSG, TEOS, 바이패스
Description
도 1은 종래 기술에 따른 화학기상증착장비용 가스분배장치의 가스배관을 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 화학기상증착장비용 가스분배장치의 가스배관을 나타낸 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 반응가스공급라인 20 : 캐리어가스공급라인
30 : 가스주입라인 50 : 액체유량조절기
60 : 분사조절밸브 70 : 개폐밸브
80 : 진공배기라인 90 : 진공펌프
100 : 바이패스라인 110 : 잔류가스배기밸브
본 발명은 화학기상증착장비의 가스분배방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 제조 공정에서 BPSG(BoroPhodpoSilicate Glass), PSG(PhosphoSilicate Glass) 등의 실리콘 산화막을 화학기상증착 공정으로 형성한 후에 반응기내를 씻어 내는 퍼지 단계를 수행하기에 앞서 가스공급라인에 잔류하는 반응가스를 제거하여 퍼지 단계에서 반응기내의 웨이퍼가 잔류 반응가스에 의해 오염되는 것을 미연에 방지하도록 한 화학기상증착장비의 가스분배방법에 관한 것이다.
실리콘 산화막 형성은 집적 회로 제작에서, 가장 기본적이며 가장 자주 사용되는 공정이다. 실리콘 공정에서는 열산화물이 가장 많이 사용된다. 실제로 많은 다양한 실리콘 산화막의 형성온도가 실리콘 산화를 소개하는 데 편리한 방법을 제공해 준다. 진공증착방법에 있어서, 증착은 산소의 부분압 속에서 행해지며, 부착력이 강한 막을 얻기 위해서는 실리콘 기판의 가열이 필요하다. 실리콘 원소나 용융석영이 역시 실리콘 산화막 형성의 재료로 사용된다. 600∼900℃에서 실리콘 화합물의 열분해에 의해 형성되는 산화물은 TEOS(Tetra-Ethyl-OrthoSilicate)라는 유기물이다. 산화물의 형성은 진공 석영관속에서 행해지는데, 이는 낮은 밀도의 막을 형성할 가능성이 있는 깨끗하지 못한 습기나 외부 산소의 흡입을 방지하기 위함이다. 산화막 증착속도는 약 200∼800Å/min 이다.
종래 기술에 의한 화학기상증착장비의 가스분배장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 반응가스를 공급하는 반응가스공급라인(10)과, 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스공급라인(20)과, 반응가스공급라인을 통해 공급되는 반응가스 및/또는 캐리어가스공급라인을 통해 공급되는 캐리어가스를 반응기(1)내에 주입하는 가스주입라인(30)과, 반응가스공급라인(10)에 설치된 개폐밸브(40) 및 액체유량조절기(LFC, Liquid Mass Flow Controller)(50)와, 반응가스공급라인(10)의 반응가스와 캐리어가스공급라인(20)의 캐리어가스를 가스주입라인(30)으로 분사하는 분사조절밸브 (60)와, 가스주입라인(30)에 설치된 개폐밸브(70)와, 반응기(1)와 연결된 진공배기라인(80)과, 진공배기라인(80)의 단부에 설치된 진공펌프(90)를 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성된 가스분배장치가 구현된 화학기상증착장비에서, 반응가스공급라인(10)을 통해 공급되는 반응가스는 TEOS와 P-불순물인 TEPO(Tri-Ethyl-Phosphate) 및 B-불순물인 TEB(Tri-Ethyl-Borate)이며, 이러한 액체가스가 분사조절밸브(60)에서 캐리어가스인 헬륨과 섞어 반응기(1)로 주입되고, 이렇게 주입된 반응가스에 의해 BPSG 필름이 증착, 즉 실리콘 산화막이 형성된다.
이후, 반응기(1)내로 일정한 압력을 유지하면서 소정 온도에서 산소 및 헬륨가스를 공급하여 반응기(1)내를 씻어내는 퍼지 단계를 수행한다.
그러나, 전술한 바와 같은 종래의 가스분배장치에서는 퍼지 단계에서 가스공급라인에 잔류하던 반응가스가 반응기(1)를 경유함에 따라서 비반응 가스가 웨이퍼를 오염시키는 문제점이 있었다. 즉 실리콘 산화막 형성이 완료되어 액체유량조절기(50)가 더 이상 반응가스를 공급하지 않더라도 분사조절밸브(60) 및 개폐밸브(70) 등에는 반응가스가 잔존한 상태이며, 이후 퍼지 단계에서 캐리어가스가 반응기(1)에 주입될 때에 잔존하던 반응가스가 반응기(1)내로 함께 주입되어 웨이퍼를 오염시키는 것이다. 그 오염 상태로는 웨이퍼 에지 부위에 파티클(Particle)성 파우더(Powder)가 지속적으로 발생된다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 반도 체 제조 공정에서 BPSG, PSG 등의 실리콘 산화막을 화학기상증착 공정으로 형성한 후에 반응기내를 씻어내는 퍼지 단계를 수행하기에 앞서 가스공급라인에 잔류하는 반응가스를 제거하여 퍼지 단계에서 반응기내의 웨이퍼가 잔류 반응가스에 의해 오염되는 것, 즉 웨이퍼 에지 부위에 파티클성 파우더가 발생되는 것을 미연에 방지하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 화학기상증착장비의 가스분배방법은, 반응기의 일정 압력 및 온도를 유지한 상태에서 반응가스공급라인과 캐리어가스공급라인으로 각각 공급되는 반응가스와 캐리어가스를 가스주입라인을 통해 반응기내에 주입하여 반응기내의 웨이퍼에 실리콘 산화막을 증착하는 증착 단계와, 증착 단계가 완료되면 가스라인들에 잔류하는 반응가스를 반응기를 경유하지 않은 상태에서 바이패스시켜 배기하는 잔류가스 배출 단계와, 잔류가스 배출 단계가 완료되면 반응기의 소정 압력 및 온도를 유지한 상태에서 반응기내에 캐리어가스를 공급하여 반응기내를 씻어내는 퍼지 단계를 포함한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 실시예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다. 그러나 본 발명은 이러한 실시예로 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 화학기상증착장비의 가스분배방법을 수행할 수 있는 가스분배장치는 도 2의 가스배관 구성도에 나타낸 바와 같이, 반응가스를 공급하는 반응가스공급라인(10)과, 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스공급라인(20)과, 반응가스 공급라인을 통해 공급되는 반응가스 및/또는 캐리어가스공급라인을 통해 공급되는 캐리어가스를 반응기(1)내에 주입하는 가스주입라인(30)과, 반응가스공급라인(10)에 설치된 개폐밸브(40) 및 액체유량조절기(LFC, Liquid Mass Flow Controller)(50)와, 반응가스공급라인(10)의 반응가스와 캐리어가스공급라인(20)의 캐리어가스를 가스주입라인(30)으로 분사하는 분사조절밸브(60)와, 가스주입라인(30)에 설치된 개폐밸브(70)와, 반응기(1)와 연결된 진공배기라인(80)과, 진공배기라인(80)의 단부에 설치된 진공펌프(90)와, 가스주입라인(30)의 가스를 반응기(1)를 경유하지 않은 상태에서 진공배기라인(80)으로 배출하기 위한 바이패스라인(100)과, 이전 공정에서 이용된 후 잔류하는 가스를 가스주입라인(30)으로부터 바이패스라인(100)으로 배출하기 위한 잔류가스배기밸브(110)를 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 가스분배장치에 의한 반응가스 및 캐리어가스의 분배 공급에 맞추어 화학기상증착장비에서 실리콘 산화막이 형성되는 과정을 상세히 살펴보기로 한다.
먼저, 웨이퍼가 반응기(1)로 로딩된 후 분사조절밸브(60)와 개폐밸브(70)를 개방하고, 잔류가스배기밸브(110)를 반응기(1) 방향으로 개방하여 반응기(1)내에 캐리어가스인 질소가스와 헬륨가스를 공급하고, 온도는 495℃를 유지하는 제 1 셋업 단계를 수행한다.
그런 다음 압력을 200토르(tour)로 유지하고, 온도를 495℃로 하며, 개폐밸브(40)와 액체유량조절기(50)를 추가적으로 개방하여 반응가스인 TEOS를 반응기(1)에 추가 공급하는 제 2 셋업 단계를 수행한다.
이후, 압력은 200토르로 유지하고, 온도는 480℃로 하며, 가스는 산소, 헬륨, TEOS를 공급하는 안정화 단계를 수행한다.
그런 다음 압력은 200토르로 유지하고, 온도는 480℃로 하며, 가스는 오존, 헬륨, TEOS, TEB, TEPO를 공급하는 증착 단계를 수행한다. 온도가 480℃이하인 안정화 단계에서는 산소와 TEOS가 반응을 하지 않으나, 증착 단계에서 TEPO, TEB 가스를 반응기(1)내로 주입하면, 반응기(1)내에서는 오존과 TEPO 및 TEB 가스가 반응하여 웨이퍼에 실리콘 산화막이 형성된다.
여기서, 증착 단계가 완료되면 가스공급라인 상의 각종 밸브를 폐쇄하여 액체유량조절기(50)가 더 이상 반응가스를 공급하지 않더라도 분사조절밸브(60) 및 개폐밸브(70) 등에는 반응가스가 잔존한 상태이다.
따라서, 반응기(1)내를 씻어내는 퍼지 단계를 수행하기에 앞서 가스공급라인에 잔류하는 반응가스를 제거하기 위하여 잔류가스배기밸브(110)를 진공배기라인(80) 방향으로 개방한다. 이로써 분사조절밸브(60) 및 개폐밸브(70) 등에 잔존하는 반응가스가 진공 펌프(90)에 의해 반응기(1)를 경유하지 않은 상태에서 배출되는 잔류가스 배출 단계가 수행된다.
이후, 일정한 압력인 200토르를 유지하며 온도 480℃에서 잔류가스배기밸브(110)를 반응기(1) 방향으로 개방하고, 분사조절밸브(60) 및 개폐밸브(70)를 개방하여 반응기(1)내에 일정한 산소 및 헬륨가스를 공급하여 반응기(1)내를 씻어내는 퍼지 단계를 수행한다.
상기에서는 본 발명의 일 실시예에 국한하여 설명하였으나 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하다. 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명은 반도체 제조 공정에서 BPSG, PSG 등의 실리콘 산화막을 화학기상증착 공정으로 형성한 후에 반응기내를 씻어내는 퍼지 단계를 수행하기에 앞서 가스공급라인에 잔류하는 반응가스를 제거하여 퍼지 단계에서 반응기내의 웨이퍼가 잔류 반응가스에 의해 오염되는 것, 즉 웨이퍼 에지 부위에 파티클성 파우더가 발생되는 것을 미연에 방지하는 효과가 있다.
Claims (2)
- 반응가스를 공급하는 반응가스공급라인과, 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스공급라인과, 상기 반응가스공급라인을 통해 공급되는 반응가스 또는 상기 캐리어가스공급라인을 통해 공급되는 캐리어가스를 반응기내에 주입하는 가스주입라인과, 상기 반응기와 연결된 진공배기라인과, 상기 가스주입라인 상에 설치된 잔류가스배기밸브와, 상기 가스주입라인의 가스를 상기 잔류가스배기밸브를 통해 상기 반응기를 경유하지 않은 상태에서 상기 진공배기라인으로 배출하기 위한 바이패스라인을 포함하는 화학기상증착장비의 가스분배방법으로서,상기 반응기의 일정 압력 및 온도를 유지한 상태에서 상기 잔류가스배기밸브를 상기 반응기 방향으로 개방하여 상기 반응가스공급라인과 상기 캐리어가스공급라인으로 각각 공급되는 상기 반응가스와 상기 캐리어가스를 상기 가스주입라인을 통해 상기 반응기내에 주입하여 상기 반응기내의 웨이퍼에 실리콘 산화막을 증착하는 증착 단계와,상기 증착 단계가 완료되면 상기 잔류가스배기밸브를 상기 진공배기라인 방향으로 개방하여 상기 가스라인들에 잔류하는 반응가스를 상기 반응기를 경유하지 않은 상태에서 상기 진공배기라인으로 바이패스시켜 배기하는 잔류가스 배출 단계와,상기 잔류가스 배출 단계가 완료되면 상기 반응기의 소정 압력 및 온도를 유지한 상태에서 상기 잔류가스배기밸브를 상기 반응기 방향으로 개방하여 상기 가스주입라인을 통해 상기 반응기내에 상기 캐리어가스를 공급하여 상기 반응기내를 씻어내는 퍼지 단계를 포함하는 화학기상증착장비의 가스분배방법.
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