KR19990085442A - 연속기체분사에 의한 반도체 박막증착장치 - Google Patents

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Abstract

연속기체분사에 의한 반도체 박막증착장치에 관한 내용이 개시되어 있다. 이 박막증착장치는 반응용기에 기체를 공급하는 적어도 2개의 기체공급원과, 기체공급원 및 반응용기의 기체를 외부로 배출시키는 펌프와, 기체공급원에서 반응용기 및 펌프로 기체가 유동되도록 연결하는 연결수단과, 연결수단에 설치되어 기체가 반응용기 및 상기 펌프로 적절히 인가되도록 제어하는 밸브수단을 구비하는 박막증착장치에 있어서, 기체공급원과 반응용기 사이 그리고 기체공급원과 펌프 사이에 설치되어 그 사이의 유체 흐름 량을 제어하는 유량제어밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 박막증착장치는 이송기체의 공급 압력이 변화되지 않도록 하여 이송기체 및 반응기체의 흐름을 안정시킬 수 있다.

Description

연속기체분사에 의한 반도체 박막증착장치
본 발명은 반도체 기판과 같은 웨이퍼에 박막을 증착시키기 위한 박막증착장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 연속기체분사에 의한 반도체 박막증착장치에 관한 것이다.
일반적으로, 연속기체분사에 의한 반도체 박막증착장치는 화학기상증착(chemical vapor deposition)장치의 하나로, 이 박막증착장치에는 액상반응물질을 반응에 필요한 기상반응물질로 전환시키고 이 기상반응물질을 반응용기로 유입시키는 반응기체이송부와, 반응용기의 기체를 효과적이고도 연속적으로 배기하기 위한 배기부와, 상기 반응기체이송부 배기부가 설치된다.
상기 반응기체이송부는 두개 이상의 반응기체와 불활성기체를 연속적으로 반응용기에 공급하면서 이들 반응기체가 반도체 웨이퍼 위에서 혼합되지 않도록 분사하는 부분으로, 생산되는 소자의 재현성과 소자의 생산성을 좌우하는 가장 중요한 부분 중에 하나이다.
반응기체이송부는 연속적으로 흐르는 반응기체와 불활성기체의 제어가 가능해야 하며, 불활성 기체뿐만 아니라 반응에 사용되는 유기물 또는 금속무기물에 관계없이 연속적인 기체분사가 진행되도록 해야 한다. 그리고, 반응기체이송부는 반응기체와 불활성기체의 온(on)/오프(off)에 따른 유속의 변화 및 압력의 변화에 대하여 빠른 시간 내에 일정한 유속과 압력이 유지되도록 하는 것이 바람직하다.
상술한 반응기체이송부에는 버블링 시스템(bubbling system), 프레셔 베이스드 디리버리 시스템(pressure based delivery system), 리퀴드 딜리버리 시스템(liquid delivery system) 등이 있는데, 버블링 시스템을 예로 들어 설명한다.
도 1을 참조하면, 반응용기(200)에 반응기체를 이송시키기 위한 반응기체이송부(100)와, 반응용기(200)의 기체를 배출시키기 위한 배출부(300)가 도시되어 있다. 반응용기(200)에는 제1반응기체를 공급하는 제1공급부(110)와, 제2반응기체를 공급하는 제2공급부(120)와, 불활성기체를 공급하는 제3공급부(130)와, 반응용기(200)의 개스를 배출시키는 펌프(400)가 파이프수단에 의하여 연결되어 있다. 파이프수단의 파이프에는 여러개의 온/오프형 밸브(41abcde,42abcde,43abcd)가 설치되어 있으며, 이 밸브들은 도시되지 않은 제어기에 연결되어 제어된다.
제1공급부(110) 및 제2공급부(120)에는 액상의 반응물질이 일정량 채워진 제1소스컨테이너(51, source container) 및 제2소스컨테이너(52)가 설치되어 있으며, 제3공급부(130)에는 불활성기체를 공급하는 불활성기체 공급원(53)이 설치되어 있다.
예를 들어, 밸브(41a,41b,41e)가 개방되면 제1공급파이프(11)를 통하여 유입되는 이송기체는 제1소스컨테이너(51)의 제1반응기체와 함께 제1용기파이프(21)를 통하여 반응용기(200)로 유입된다. 그리고, 밸브(41c,41d) 개방되면 제1공급파이프(11)를 통하여 유입되는 이송기체는 제1퍼지라인(61) → 제1연결파이프(71) → 펌프(400)를 통하여 외부로 배기된다.
상기 반응용기(200)의 압력과 상기 제1연결파이프(71)의 압력은 이를 구성하는 구성품의 조건(반응용기의 부피, 파이프의 내경, 파이프의 길이)에 따라 차이가 생겨 이송되는 기체의 양은 서로 다르다. 즉, 제1공급파이프(11)의 압력는 기체가 반응용기(200)로 이송되는 경우와, 기체가 펌프(400)로 이송되는 경우 변하게 된다. 따라서, 연속적으로 기체를 분사할 때 제1공급파이프(11)의 압력과 반응용기(200)의 압력을 일정하게 유지하기 어려운 단점이 있다.
상기 제1소스컨테이너(51)에는 소정의 증기압을 갖는 반응물질이 들어 있기 때문에 제1공급파이프(11)에는 이 증기압보다 높은 압력이 형성되어야 한다. 결론적으로, 제1공급파이프(11)를 통하여 유입되는 이송기체의 압력변화는 제1퍼지라인(61)을 통하여 펌프(400)로 배기되는 경우와, 제1소스컨테이터(51)를 통하여 반응용기(200)로 이송되는 경우 변화되지 않는 것이 바람직하다.
한편, 밸브(43a,43d)가 열리면 불활성기체가 제1용기파이프(21)를 통하여 반응용기(200) 내부로 유입된다. 이 불활성 기체는 제1용기 파이프(21)에 잔류하는 반응기체와 반도체 웨이퍼 상에 잔류하는 반응기체를 빠른 시간내에 배기되도록 함으로써 샤워헤드판과 반도체 웨이퍼 위에서 다른 반응기체와 혼합되지 않는 역할을 한다. 이어서 밸브(43d)가 잠기면 불활성기체는 더 이상 제1용기파이프(21) 통하여 반응용기(200)로 공급될 수 없으며, 미처 배기되지 못한 반응기체는 다음 반응기체와 혼합될 수 밖에 없는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 이송기체의 공급 압력이 변화되면서 이송기체의 흐름이 불안정해지는 문제점을 개선하는데 있다. 그리고, 본 발명의 또 다른 목적은 반응기체가 다른 반응기체와 혼합되는 문제점을 개선하는데 있다.
본 발명의 기술적 과제는 이송기체의 공급 압력이 변화되면서 이송기체 및 반응기체의 흐름이 불안정해지는 문제점을 개선할 수 있는 연속기체분사에 의한 반도체 박막증착장치를 구현하는데 있으며, 본 발명의 다른 기술적 과제는 반응기체가 다른 반응기체와 혼합되는 문제점을 개선할 수 있는 연속기체분사에 의한 반도체 박막증착장치를 구현하는데 있다.
도 1 은 종래에 따른 연속기체분사에 의한 반도체 박막증착장치의 배관도이다.
도 2 은 본 발명에 따른 연속기체분사에 의한 반도체 박막증착장치의 배관도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11...제1공급파이프 12...제2공급파이프
21...제1용기파이프 22...제2용기파이프
31a, 31b...유량조절밸브 41,42,43...온/오프 밸브
51...제1소스컨테이너 52...제2소스컨테이너
53...불활성기체 공급원 61...제1퍼지라인
62...제2퍼지라인 71...제1연결파이프
100...반응기체이송부 110...제1공급부
120...제2공급부 130...제3공급부
200...반응용기 300...배출부
400...펌프
본 발명에 따른 연속기체분사에 의한 반도체 박막증착장치는 : 소정의 압력이 일정하게 유지되는 반응용기와, 상기 반응용기에 기체를 공급하는 적어도 2개의 기체공급원과, 상기 기체공급원 및 상기 반응용기의 기체를 외부로 배출시키는 펌프와, 상기 기체공급원에서 상기 반응용기 및 상기 펌프로 상기 기체가 유동되도록 연결하는 연결수단과, 상기 연결수단에 설치되어 상기 기체가 반응용기 및 상기 펌프로 적절히 인가되도록 제어하는 밸브수단을 구비하는 하는 연속기체분사에 의한 반도체 박막증착장치에 있어서, 상기 기체공급원과 상기 반응용기 사이 그리고 상기 기체공급원과 상기 펌프 사이에 설치되어 그 사이의 유체 흐름 량을 제어하는 유량제어밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 박막증착장치는 이송기체의 공급 압력이 변화되지 않도록 하여 이송기체 및 반응기체의 흐름을 안정시킬 수 있으며, 반응기체가 다른 반응기체와 혼합되는 문제점을 개선할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 박막증착장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 소정의 압력이 일정하게 유지되는 반응용기(200)에는 제1반응기체를 공급하는 제1공급부(110)와, 제2반응기체를 공급하는 제2공급부(120)와, 불활성기체를 공급하는 제3공급부(130)와, 반응용기(200)의 개스를 배출시키는 펌프(400)가 파이프수단에 의하여 연결되어 있다. 파이프수단의 파이프에는 여러개의 온/오프형 밸브(41abcde,42abcde,43abcd)와 유량제어형 밸브(31ab,32ab,33a)가 설치되어 있으며, 이 밸브들은 도시되지 않은 제어기에 연결되어 제어된다.
제1공급부(110) 및 제2공급부(120)에는 액상의 반응물질이 일정량 채워진 제1소스컨테이너(51, source container) 및 제2소스컨테이너(52)가 설치되어 있으며, 제3공급부(130)에는 불활성기체를 공급하는 불활성기체 공급원(53)이 설치되어 있다.
반응용기(200)에서 분사되는 기체의 순서를 살펴보면 다음과 같다. 제1공급부(110)의 제1반응기체가 제1용기파이프(21)를 통하여 반응용기(200)에 공급된 뒤에, 제3공급부(130)의 불활성기체가 제1용기파이프(21)를 통하여 반응용기(200)에 공급된다. 이때 제1공급파이프(11)의 이송기체는 제1퍼지라인(61) 통하여 배기부(300)의 펌프(400)로 배출된다. 즉, 제1공급파이프(11)의 이송기체는 유량제어밸브 (31a) → 밸브 (41c) → 제1퍼지라인(61) → 밸브(41d) → 펌프(400)를 통하여 외부로 배출된다. 그 다음으로, 제2공급부(120)의 제2반응기체가 제2용기파이프(22)를 통하여 반응용기(200)에 공급된 뒤에, 제3공급부(130)의 불활성기체가 제2용기파이프(22)를 통하여 반응용기(200)에 공급된다. 이와 같은 순서에 의하여 반응용기(200)에 분사되는 기체의 압력 조절은 다음과 같이 조절된다.
예를 들어, 밸브(41a,41b,41e)가 개방되면 제1공급파이프(11)를 통하여 유입되는 이송기체는 제1소스컨테이너(51)의 제1반응기체와 함께 유량제어밸브(31b) → 제1용기파이프(21)를 통하여 반응용기(200)로 유입된다. 그리고, 밸브(41c,41d)가 개방되면 제1공급파이프(11)를 통하여 유입되는 이송기체는 유량제어밸브(31a) → 제1퍼지라인(61) → 펌프(400)를 통하여 외부로 배기된다. 반응용기(200)의 압력과 제1연결파이프(71)이 서로 다른점을 감안하여, 유량제어밸브(31a,31b)를 통하여 이송되는 각 이송기체의 량이 같아지도록 유랑제어밸브(31a,31b)가 적절히 조절되면 반응용기(200) 및 펌프(400)로 유입되는 기체의 압력변화가 일정해진다. 따라서, 제1공급파이프(11)의 압력 즉, 도입압력이 일정하게 유지될 수 있어 안정된 압력의 반응기체의 공급이 가능할 뿐만 아니라, 유랑제어밸브(31a,31b)의 조절에 의하여 도입압력이 원하는 압력으로 제어될 수 있는 장점도 있다.
상기 유량제어밸브에는 미터링밸브(metering valve)와 컨트롤밸브(control valve)와 같은 밸브가 사용되는 것이 바람직하다. 그리고, 유량제어밸브는 온/오프밸브의 전단에 설치되는 것이 바람직하며 그 사이의 길이는 최소로 되는 것이 바람직하다. 이는 일정한 압력 상태에서 유량이 조절되도록 하고, 안정된 압력이 유지되도록 하기 위함이다. 상기 유량제어밸브들은 유체가 통과하는 단면적을 조절하여 유량을 조절하는 밸브들이다.
한편, 도 2를 참조하면, 밸브(43d,43c)에는 내경이 0.1∼0.5mm인 오리피스(orifice)형 바이패스(bypass)라인(63,64)이 형성되어 있다. 이 바이패스라인(63,64)은 불활성기체가 반응용기(200)에 지속적으로 분사되도록 하여 잔류하는 반응기체를 반응용기(200)과 배기부(300)를 통하여 지속적으로 배출되도록 한다.
예를 들어, 밸브(41a,41b,41e)가 개방되면 제1공급파이프(11)를 통하여 유입되는 이송기체는 제1소스컨테이너(51)의 제1반응기체와 함께 유량제어밸브(31b) → 제1용기파이프(21)를 통하여 반응용기(200)로 유입된다. 그 다음, 밸브(41a, 41b, 41e)가 닫히고 밸브(43a, 43d)가 열려 불활성기체가 반응용기(200) 내부로 유입된다. 그리고 그 다음에는 밸브(43d)가 닫히고 밸브(42a, 42b, 42e)가 열려, 제2공급파이프(12)를 통하여 유입되는 이송기체는 제2소스컨테이너(52)의 제2반응기체와 함께 유량제어밸브(32b)와 제2용기파이프(22)를 통하여 반응용기(200) 내부로 유입된다.
이때 상기 바이패스라인(63)은 불활성개스가 상기 제1용기파이프(21)를 통하여 반응용기(200)로 지속적으로 유입되도록 하여 반응용기(200)서 제1방응기체와 제2반응기체가 혼합되지 않도록 한다.
이와 같이 지속적으로 유입되는 불활성기체는 제1용기파이프(21)를 통하여 반응용기(200)로 유입되는 제1반응기체와, 제2용기파이프(22)를 통하여 반응용기(200)로 유입되는 제2반응기체가 반응용기(200) 내부에서 혼합되지 않도록 한다.
첨부된 참조 도면에 의해 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 단지 일 실시예에 불과하다. 당해 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 바람직한 실시예를 충분히 이해하여 유사한 형태의 연속기체분사에 의한 반도체 박막증착장치를 구현할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 본 발명의 기술적 사상에 의한 특허 청구의 범위에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 따른 연속기체분사에 의한 반도체 박막증착장치는 소스컨테이너에 소정량 채워진 액체의 고유 증기압보다 높은 압력으로 항상 일정하게 유지하면서 반응기체를 반응용기에 분사할 수 있으며, 제1반응기체와 제2반응기체가 반응용기 내부에서 혼합되지 않도록 할 수 있다.

Claims (5)

  1. 소정의 압력이 일정하게 유지되는 반응용기와, 상기 반응용기에 기체를 공급하는 적어도 2개의 기체공급원과, 상기 기체공급원 및 상기 반응용기의 기체를 외부로 배출시키는 펌프와, 상기 기체공급원에서 상기 반응용기 및 상기 펌프로 상기 기체가 유동되도록 연결하는 연결수단과, 상기 연결수단에 설치되어 상기 기체가 반응용기 및 상기 펌프로 적절히 인가되도록 제어하는 밸브수단을 구비하는 하는 연속기체분사에 의한 반도체 박막증착장치에 있어서,
    상기 기체공급원과 상기 반응용기 사이 그리고 상기 기체공급원과 상기 펌프 사이에 설치되어 그 사이의 유체 흐름의 량을 제어하는 유량제어밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 연속기체분사에 의한 반도체 박막증착장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유량제어밸브는 상기 기체공급원과 상기 반응용기 사이 그리고 상기 기체공급원과 상기 펌프 사이에 설치되는 온/오프 밸브 전단에 설치되는 미터링밸브(metering valve) 또는 컨트롤밸브(control valve)로 되는 것을 특징으로 하는 연속기체분사에 의한 반도체 박막증착장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기체공급원에서 상기 반응용기로 불활성기체를 공급하는 라인에 바이패스라인이 설치된 것을 특징으로 하는 연속기체분사에 의한 반도체 박막증착장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 바이패스라인의 내경이 0.1∼0.5mm인 것을 특징으로 하는 연속기체분사에 의한 반도체 박막증착장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 바이패스 라인의 길이는 15∼25mm인 것을 특징으로 하는 연속기체분사에 의한 반도체 박막증착장치.
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