KR19980020909U - 반도체 소자의 박막증착 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 반도체 소자의 박막증착 장치에 관한 것으로, 반도체 소자 박막 형성용 반응원료를 산화물질과 분리하여 반응원료만을 가스 혼합기로 공급하고 산화물질은 혼합기의 하부에서 혼합된 반응원료를 기판으로 분사하는 샤워헤드의 내부로 공급되게 하거나 또는 다른 반응원료와 기화온도가 크게 차이나는 반응원료를 혼합기를 거치지 않고 샤워 헤드내로 바로 연결되도록 공급라인을 별도로 구성함으로써 가스 혼합기와 샤워헤드 내부에서 산화물질과의 접촉으로 인한 증기반응을 최소한으로 줄여 파티컬 생성을 줄일 수 있고, 또한 혼합기로 부터 샤워헤드를 거치는 동안 가스 상태의 반응원료가 분해되거나 원하지 않는 기체상태의 반응을 줄일 수 있어 증착박막의 조성 조절 및 박막의 증착 재현성을 기할 수 있다.

Description

반도체 소자의 박막증착 장치

본 고안은 반도체 소자의 박막증착 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 소자 제조공정중 박막 형성용 반응원료(Metal Organic Source)를 이용하여 반도체 기판상에 박막(Thin Film)을 증착하는 엠.오 시.브이.디(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; 이하 MOCVD 라 함)법에 있어서, 반응원료의 공급경로를 개선하여 증착박막의 조성조절 및 박막증착의 재현성을 달성할 수 있게 하여 반도체 소자의 제조수율을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 박막증착 장치에 관한 것이다.

현재 기가 디램(Giga Dram) 이상의 고집접 반도체 소자 캐패시터(Capacitor) 형성물질로 BaSrTiO₃(이하 BST 라 칭함), SrTiO₃(이하 STO 라 칭함), BaTiO₃(이하 BTO 라 칭함)등의 물질이 각광받고 있어 상기 물질에 대한 연구가 진행되고 있다.

그 중에서도 MOCVD 는 높은 증착속도, 넓은 영역에 걸친 균일한 분포, 양호한 스텝 커버리지(Step coverage), 양호한 조성 조절특성 등과 같은 많은 잇점을 가지고 있다.

그러나 반응원료 예컨대 Ba, Sr, Ti 와 같은 반응원료들을 송출한 후 이에 따른 바른 공급 경로의 결여로 증착박막의 재현성에 많은 문제점을 안고 있다.

도 1 은 종래의 기술에 따른 박막증착 장치의 구조를 도시한 개략도이다.

상기 도면을 참조하면, 반응원료(1a, 1b)가 각각 수용된 용기내로 Ar 과 같은 가압가스를 보내어 반응원료(1a, 1b)를 마이크로 펌프(3a, 3b)를 통해 기화기(5a, 5b)에 보낸다.

상기 기화기(5a, 5b)를 통해 각각 기화된 반응원료는 가스 혼합기(7)에서 다시 혼합되어 샤워헤드(9)를 거쳐 반도체 기판(11)상에 주입되는 경로를 이루고 있다.

이때, 상기 도면에 도시된 바와같이 Ba, Sr, Ti 와 같은 반응원료는 마이크로 펌프(3a, 3b)를 통하기 전 단계에서는 가열이 되지 않은 액체상태이나 기화기(5a, 5b)를 통과한 후는 가열되어 기화된 반응원료가 각기 다른 온도를 가지게 된다.

따라서 각기 다른 온도를 가진 기화상태의 반응원료가 혼합기(7) 내로 삽입되게 되면 상기 혼합기(7)내로 함께 삽입되는 산화물질과 함께 혼합되어 온도차이로 인해 불균일한 상태로 혼합된다.

즉, 혼합기(7)에서 기화된 반응원료가 산화물질과 함께 혼합될 경우 상대적으로 낮은 기화온도를 가진 반응원료가 분해(Decomposition)되기 시작하여 샤워헤드(9)를 거치는 동안 증착이 된다.

또한 상대적으로 높은 온도를 가진 반응원료가 혼합기(7)에서 응축되어 파티컬 소스(Particle Source)로 작용하여 결국 증착되는 박막의 재현성을 저하시키게 되는 문제점이 있다.

따라서 본 고안은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 반응원료와 산화물질들을 분리하여 혼합기에서 혼합되도록 함과 아울러, 기화온도가 다른 반응원료와 특히 차이가 낮은 반응원료 또는 산화물질을 혼합기를 통하지 않고 바로 샤워헤드의 상부와 하부 중간부위에 주입합으로써 균일한 가스흐름을 유도함과 아울러, 반도체 기판 바로 위에서 박막증착을 형성함에 의해 증착박막의 조성 조절 및 재현성 확보를 하여 반도체 소자의 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 박막증착 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1 은 종래의 기술에 따른 박막증착 장치의 구조를 도시한 개략도

도 2a 는 본 고안의 제 1 실시예에 따른 박막증착 장치의 구조를 도시한 개략도

도 2b 는 본 고안의 제 2 실시예에 따른 박막증착 장치의 구조를 도시한 개략도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1a, 1b, 1c : 반응원료3a, 3b : 마이크로 펌프

5a, 5b :기화기(Vaporizer)7 : 가스 혼합기

9 : 샤워헤드(Shower head)11 : 기판

13 : 히터15 : 진공흡입수단

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 박막증착 장치에 따르면, 박막 형성용 반응원료를 수용한 수용 용기부와, 상기 용기내에 수용된 반응원료를 기체상태로 만들기 위해 기화기로 송출하기 위한 마이크로 펌프와, 상기 마이크로 펌프에 의해 액체 상태의 반응원료를 기체상태로 만드는 기화기와, 상기 기화기로 부터 나온 반응원료와 다른 공급라인을 통해 공급되는 산화물질을 수용하여 혼합하는 가스 혼합기와, 상기 가스 혼합기에서 혼합된 반응원료를 반도체 기판상에 분사시켜 박막을 형성하는 샤워헤드로 구성되는 반도체 소자의 박막증착 장치에 있어서, 상기 반응원료와 함께 혼합기내에 공급되는 산화물질의 공급라인을 따로 분리하여 기화기를 거치지 않고 기화된 반응원료가 반도체 기판상에 분사되는 샤워헤드 내부로 바로 연결되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 고안의 상세한 설명을 하기로 한다.

도 2a 는 본 고안에 따른 반도체 소자의 박막증착 장치의 구조를 도시한 개략도이다.

상기 도면을 참조하면, 본 고안에 따른 박막증착 장치는 Ba, Sr, Ti 와 같은 각각의 반응원료가 각각 다른 경로를 가지며 혼합기(7)로 공급되어진다.

즉 각 반응원료는 액체상태로 마이크로 펌프(3a, 3b)를 통해 기화기로 보내지고, 상기 기화기에서 액체상태의 반응원료가 기체상태(Vapor Gas)로 바뀌게 된다. 이때 반응원료중 그 온도가 비슷한 Ba, Sr 과 같은 반응원료는 마이크로 펌프(3a, 3b)나 기화기를 거쳐 혼합기(7)에 투입되도록 하지만, Ti 와 같이 온도가 다른 반응원료는 도 2a 에 도시된 바와 같이 공급 라인(21)을 통해 바로 혼합기(7)로 투입되게 한다.

한편, 반응원료가 상기 혼합기(7)에서 샤워헤드(9)를 거치는 동안 반응원료 샤워헤드(9) 내부 안에서 산화물질과 접촉되지 않도록 공급라인(23)을 별도로 분리하여 혼합기(7)를 거치지 않고 바로 샤워헤드(9)의 소정부위내로 연결되도록 한다.

이때 산화물질은 반응원료와 접촉하지 않도록 혼합기(7)를 거치지 않고 샤워헤드(9) 상부와 하부 중간부로 주입되게 하여 균일한 가스 흐름을 유지하게 하고 샤워헤드(9)를 거치는 동안 기화온도가 다른 반응원료와 접촉되지 않도록 한다.

도 2b 는 본 고안의 제 2 실시예에 따른 반도체 박막증착 장치의 구조를 도시한 도면이다.

상기 도면을 참조하면, Ba, Sr 과 같은 반응원료와 산화물질은 가스 혼합기(7)로 함께 주입되어 균일한 흐름을 유도하고, 가스 혼합기(7)로부터 샤워헤드(9)를 거치는 동안 샤워헤드(9) 안에서 Ti 반응원료와 접촉하지 않도록 공급라인(21)을 분리하여 샤워헤드(9)로 바로 연결되도록 한다.

따라서 Ti 와 같은 반응원료는 산화물질과 접촉하지 않도록 가스 혼합기(7)를 거치지 않고 바로 샤워헤드(9) 내로 들어가게 하여 균일한 가스 흐름을 유지하도록 하고, 또한 샤워헤드(9)를 거치는 동안 기화온도가 다른 반응원료와 접촉하지 않도록 한다.

한편 상기 전체 도면에 도시된 바와 같이 샤워헤드(9) 내부의 반도체 기판 하부에는 상기 기판을 일정 온도상태로 유지시키고, 기판을 고정시키기 위한 수단 예컨대, 히터 및 진공흡착 수단등이 동시에 구비되어 있다.

또한 상기 각 도면에 도시된 액체상태의 반응원료 예컨대 Ba, Sr, Ti 와 같은 반응원료가 하나의 수용용기내로 혼합된 상태일 경우에는 동일하게 하나의 공급라인을 통해 공급하도록 하며, 이 때 각 반응원료의 공급라인 중 어느 하나를 선택하여 사용하도록 한다.

또한 상기 도 2a 와 도 2b 에 도시된 바와같이, 각 반응원료의 공급라인 중 증착박막의 종류에 따라 임의의 공급라인을 선택할 수도 있다.

예를 들면, STO 박막의 증착을 위해서는 Sr, Ti 소스 공급라인만을 선택하여 반응원료를 공급할 수도 있으며, 또한 BTO 박막의 증착을 위해서도 Ba, Ti 소스 공급라인만 선택하도록 한다.

상기의 경우 외에도 임의의 공급라인을 선택함에 의해 다양한 박막 증착을 할 수 있다.

이상 상기와 같이 본 고안에 따른 박막증착 장치의 구조를 이용할 경우, 상기 언급된 Ba, Sr, Ti 와 같은 BST 박막 증착용도 외에도 다양한 산화 박막의 MOCVD 에 적용가능하다.

이상 상술한 바와같이, 본 고안에 따른 반도체 소자 제조용 박막증착 장치는 본 고안의 제 1 실시예에서, BST 박막 형성용 반응원료를 산화물질과 분리하여 반응원료만을 가스 혼합기로 공급하고 산화물질은 혼합기의 하부에서 혼합된 반응원료를 기판으로 분사하는 샤워헤드의 내부로 공급되게 함으로써, 가스 혼합기와 샤워헤드 내부에서 산화물질과의 접촉으로 인한 증기반응(Vapor Reaction)을 최소한으로 줄여 파티컬 생성을 줄일 수 있다.

또한 산화물질을 가스 혼합기를 거치지 않고 바로 샤워헤드 내로 공급함에 따라 균일한 가스 흐름을 유지할 수 있고, 혼합기로 부터 샤워헤드를 거치는 동안 가스 상태의 반응원료가 분해되거나 원하지 않는 기체상태의 반응을 줄일 수 있어 증착박막의 조성 조절 및 박막의 증착 재현성을 기할 수 있다.

Claims (5)

1. 박막 형성용 반응원료를 수용한 수용 용기부와, 상기 용기내에 수용된 반응원료를 기체상태로 만들기 위해 기화기로 송출하기 위한 마이크로 펌프와, 상기 마이크로 펌프에 의해 액체 상태의 반응원료를 기체상태로 만드는 기화기와, 상기 기화기로 부터 나온 반응원료와 다른 공급라인을 통해 공급되는 산화물질을 수용하여 혼합하는 가스 혼합기와, 상기 가스 혼합기에서 혼합된 반응원료를 반도체 기판상에 분사시켜 박막을 형성하는 샤워헤드로 구성되는 반도체 소자의 박막증착 장치에 있어서,

   상기 반응원료와 함께 혼합기내에 공급되는 산화물질의 공급라인을 따로 분리하여 기화기를 거치지 않고 기화된 반응원료가 반도체 기판상에 분사되는 샤워헤드 내부로 바로 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 박막증착 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 반응원료는 Ba, Sr, Ti 액체원료나 또는 상기 각 원료의 혼합물인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 박막증착 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 기판상에 증착되는 박막은 BST, BTO, STO 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 박막증착 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 반응원료와 함께 혼합기내에 공급되는 산화물질의 공급라인은 그대로 유지하고 반응원료중 기화온도가 다른 반응원료와 큰 차이가 있는 반응원료는 그 공급라인을 따로 분리하여 기화기를 거치지 않고 샤워헤드 내부로 바로 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 박막증착 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 샤워헤드 내부로 바로 공급되는 반응원료는 Ti 인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 박막증착 장치.