KR19990076068A - 플라즈마를 이용한 반도체 소자의 제조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 반응가스의 응축에 따른 재현성 저하와 파티클의 발생을 억제할 수 있는 플라즈마를 이용한 반도체 소자의 제조 장치가 제공된다.

본 발명에 따른 반도체 소자의 제조장치는 반도체 웨이퍼(wafer)를 처리하기 위한 반응기를 갖는다. 상기 반응기는 베이스와, 반응기 내벽과, 반응기 가열장치와, 서셉터과, 전극 장치를 구비한다. 베이스는 웨이퍼의 입출구와, 소스가스 공급장치와, 반응생성물의 배출구를 갖는다. 반응기 내벽은 상기 베이스 상부에 위치하여 반응 공간을 형성하며, 반응기 가열장치는 반응기 내벽의 주위에 설치된다. 서셉터는 상기 반응공간 내의 웨이퍼를 위치시키기 위한 것으로서, 승강이 가능하다. 플라즈마를 형성하기 위한 전극장치는 반응공간 내에 위치한다. 서셉터가 하부전극이 되며, 상부전극은 서셉터의 상부에 위치한다. 소스가스 공급장치는 상기 반응기의 외측으로부터 반응공간 내로 연장되는 인젝터로 이루어진다.

Description

플라즈마를 이용한 반도체 소자의 제조 장치

본 발명은 반도체 소자의 제조 장치에 관한 것으로, 플라즈마를 이용하는 반도체 공정 중에 반응기 내의 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 플라즈마를 사용할 때 반응기 내벽에 원하지 않는 막이 형성되지 않는 반도체 소자의 제조 장치에 관한 것이다.

기존의 반도체 제조 장치 중 플라즈마를 이용한 CVD 장치에서는 통상 상부전극이 반응기 내벽의 외측에 배치되고, 반응가스 공급 장치로써 샤워헤드(shower head)를 사용한다. 이러한, 구조의 경우 첫째, 상하부 전극 사이의 플라즈마 밀도를 높이는 것이 어렵고, 그 자체 구조상 웨이퍼에 막을 형성하는 동안 웨이퍼뿐만 아니라 반응기 내벽에도 막이 형성되어 이로 인하여 파티클(particle)이 발생하는 문제가 있다. 둘째, 샤워헤드를 사용하는 경우, 반응기 내부로 유입된 가스가 샤워헤드를 거쳐 서셉터에 도달할 때, 샤워헤드의 구멍을 통과하면서 구멍 내에서 응축된다. 이러한 응축된 물질은 다음 공정을 진행할 때, 하나의 기화원(vaporizer)으로 작용하여 재현성을 떨어뜨린다. 또한 막질을 불균일하게 하고 불순물 입자 발생의 원인이 된다. 세째, 반응가스가 샤워헤드를 통하여 가열된 서셉터 위에 도달하면서 원하는 막의 형성이 시작되는데, 이때 차가운 반응가스는 일시에 서셉터의 열을 빼앗아 서셉터의 온도가 순간적으로 요구되는 온도 이하로 떨어지게 된다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 플라즈마 밀도를 높이고, 반응기 내에서 파티클이 발생하는 것을 억제할 수 있는 플라즈마를 이용한 반도체 소자의 제조 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 반응가스의 응축에 따른 재현성 저하와 서셉터온도 변화로 인한 막질의 저하를 억제할 수 있는 플라즈마를 이용한 반도체 소자의 제조 장치를 제공하는 것이다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마가 적용되는 반도체 소자의 제조장치의 단면도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

12: 반응기 14: 베이스

16: 반응기 벽 19: 서셉터

22: 반응가스 공급장치 48: 상부전극

S: 반응공간 W: 웨이퍼

본 발명의 이러한 목적은 기판(substrate)을 처리하기 위하여 반응기의 내벽 안쪽에 반응공간이 형성되어 있으며, 상기 반응공간과 외부 사이에 형성된 기판 출입구와, 상기 반응공간 내에 소스가스를 공급하기 위한 소스가스 공급장치와, 상기 반응공간 내에서 상기 기판을 처리한 반응물을 배출하기 위한 반응물 배출구와, 상기 반응공간에 상기 기판을 위치시키기 위한 서셉터를 구비한 반도체 소자의 제조장치에 있어서,

상기 반응공간 내에 플라즈마를 형성하기 위한 전극장치를 포함하며,

상기 전극장치는 하부전극과 상부전극으로 이루어지며 상기 하부전극은 서셉터이며 상기 상부전극은 반응공간 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조장치에 의해 달성된다.

따라서, 본 발명은 상기의 CVD 공정 장치 중 특히 플라즈마를 이용한 반도체 소자 제조 공정에서 발생할 수 있는 단점을 개선하기 위한 것으로써, 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 플레이트를 하부 전극인 서셉터의 바로 위에 위치시켜 플라즈마 밀도를 높인다. 반응기 내로 반응가스를 주입하기 위해서 샤워헤드를 사용하는 대신, 인젝터(injector)를 사용한다. 그리고 웜월형(warm wall type) 반응기를 사용하여 인젝터 라인을 통하여 이동하는 반응가스를 예열한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 도1을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마를 이용하는 반도체 소자의 제조장치의 반응기(12)에는 베이스(14)와, 반응기벽(16)이 구비되어, 반응공간(S)을 형성한다. 반응기(12)는 웨이퍼(W)를 위치시키기 위한 서셉터(19)을 구비하며, 상기 반응공간(S) 내에 소스가스를 공급하기 위한 반응가스 공급장치(22)를 갖는다. 또한, 반응기(12)는 플라즈마 생성을 위한 상부전극(48)과 하부전극(46)을 갖는 전극장치(24)와 상기 전극장치(24)에 RF전력을 공급하기 위한 고주파 발생장치(25)를 구비한다.

베이스(14)의 일측에는 웨이퍼 출입구(29)가 형성되어 있다. 웨이퍼(W)는 웨이퍼 출입구(29)를 통하여 반응기(12) 내에 들어오고 나갈 수 있다. 베이스(14)의 타측에는 반응기(12) 내를 진공을 형성하고, 반응 부산물을 배출하기 위한 배출구(32)가 형성되어 있다. 또한, 베이스(14)에는 반응 소스가스를 반응공간(S)에 공급하기 위한 소스가스 공급장치(22)가 장착된다. 소스가스 공급장치(22)는 반응공간(S) 내에 배치되는 인젝터(35)로 이루어진다. 인젝터(35)는 상하방향으로 연장되며, 반응기 외부에서는 소스가스 공급관(도시하지 않음)과 연결된다. 인젝터(35)는 상하로 이동이 가능하여, 그 출구의 높이를 조절할 수 있도록 구성되어 있다. 따라서, 반응기 내에서 이루어지는 공정의 종류에 따라, 인젝터(35)의 출구가 상부전극(48)보다 높은 위치, 동일한 높이, 또는 낮은 위치에 있도록 조정하는 것이 가능하다.

반응기벽(16)은 반응공간(S)을 둘러싸는 직·간접 전열 돔(37)으로 이루어진다. 반응기 가열장치(39)가 전열돔(37)을 둘러싸고 있다. 돔(37)은 통상 석영과 같은 투명한 재질로 이루어진다. 이와는 달리, 전열 돔(37)이 금속성의 불투명한 재질로 이루어질 수도 있다. 반응기 가열장치(39)는 통상, 저항가열 방식의 가열기를 사용한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 반응기 내벽(16)의 주위에 가열을 위한 램프를 설치하는 램프가열방식을 사용할 수도 있다. 한편, 반응기의 내벽은 돔(37)인 것으로 설명하였으나 돔 형상에 제한되는 것은 아니다.

웨이퍼(W)를 위치시키기 위한 서셉터(19)는 서셉터가열장치(42)를 갖는다. 서셉터(19)에는 서셉터 승강장치(44)가 부착되어 있어, 웨이퍼(W)의 높이 및 후술하는 상부전극(48)과 하부전극인 서셉터(19) 사이의 거리를 조절할 수 있다.

하부전극인 서셉터(19)는 접지된다. 상부전극(48)은 반응기 내벽(16)의 안쪽, 즉 반응공간(S) 내에 위치하는 플라즈마 플레이트(49)로 구성된다. 플라즈마 플레이트(49)는 도전성 재료로 이루어진 원형의 판이다. 그러나, 본 발명에 따른 플라즈마 플레이트의 형상은 이에 제한되는 것은 아니다. 플라즈마 플레이트(49)는 베이스(14)에 고정되어 상하방향의 연장되는 절연 지지대(52)에 의해서 지지된다. 플라즈마 플레이트(49)는 상기 절연지지대(52)에 체결 수단을 이용하여 고정한다. 플라즈마 플레이트인 상부전극과 서셉터인 하부전극은 평행인 것이 바람직하다.

절연지지대(52)는 3개 이상인 것이 바람직하다. 절연지지대 중의 적어도 하나에는 도체선(53)이 내장되며, 도체선(53) 주위는 외부와의 간섭을 막고, 절연을 위해서 절연체(55)로 감싼다. 이와는 달리, 절연지지대(52)와는 별도로 도체선(53)을 수용하기 위한 구조물을 설치할 수도 있다. 도체선(53)은 RF발생 장치(25)에 연결된다. 상기 플라즈마 플레이트(49)에 RF발생기(25)로 고주파 전압을 인가하면, 그라운드 전극인 하부전극(48)과의 사이에는 플라즈마가 형성된다.

본 발명에 따르면, 상부전극인 플라즈마 플레이트가 반응 공간 내에 위치하고, 서셉터는 서셉터 승강장치로 그 높이를 조절함으로써 플라즈마 플레이트와 서셉터사이의 거리를 조절할 수 있어, 플라즈마 밀도를 높일 수 있다. 이에 따라, 고밀도 플라즈마 공정이 가능하다. 하부전극과 플라즈마 플레이트 사이에 공급된 소스가스만이 플라즈마가 되어 웨이퍼에 작용하므로, 이 플라즈마가 형성되는 위치로부터 떨어진 위치에 있는 반응기 내벽에는 막의 형성이 거의 없어 파티클의 발생이 적을 뿐만 아니라 챔버 클리닝 주기가 길어져서 장치의 가동률을 증가시키는 효과가 있다.

한편, 반응기 내로 반응가스를 주입하기 위해서 샤워헤드를 사용하는 대신, 인젝터(injector)를 사용하므로, 반응가스가 샤워헤드의 구멍에 응축되기 때문에 발생하는 재현성 저하 문제와 파티클 발생문제를 감소시킬 수 있다. 그리고 가열장치로 전열돔 즉, 반응기 내벽을 가열함으로써, 인젝터 라인을 통하여 반응가스가 이동하는 동안에 예열되므로 가열된 서셉터으로부터 열을 빼앗는 현상도 극복할 수 있다.

Claims (6)

1. 기판(substrate)을 처리하기 위하여 반응기의 내벽 안쪽에 반응공간이 형성되어 있으며, 상기 반응공간과 외부 사이에 형성된 기판 출입구와, 상기 반응공간 내에 소스가스를 공급하기 위한 소스가스 공급장치와, 상기 반응공간 내에서 상기 기판을 처리한 반응물을 배출하기 위한 반응물 배출구와, 상기 반응공간에 상기 기판을 위치시키기 위한 서셉터를 구비한 반도체 소자의 제조장치에 있어서,

   상기 반응공간 내에 플라즈마를 형성하기 위한 전극장치를 포함하며,

   상기 전극장치는 하부전극과 상부전극으로 이루어지며, 상기 하부전극은 서셉터이며, 상기 상부전극은 반응공간 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 반응기는 상기 반응기 주위에 반응기 가열장치를 구비하여 저항가열방식 또는 램프가열방식으로 가열하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 반응기의 내벽은 석영 또는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기의 상부전극을 지지하기 위한 지지대를 구비하며, 지지대 중 적어도 하나는 내부에 플라즈마 파워 공급도선을 구비한 절연체인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 반응기 내에 소스가스 공급장치는 그 출구의 높이가 조절되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 하부전극은 승강 및 하강을 위한 장치를 구비하여 상부전극과 하부전극 사이의 거리를 조절하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조장치.