KR20000019379A - Cvd(chemical vapor deposition) device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 제조 공정에 사용되는 화학증착장치에 관한 것으로, 특히 프로세스 튜브의 구조를 개선하여 공정의 균일성을 향상하기 위한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical vapor deposition apparatus used in a semiconductor manufacturing process, and more particularly, to improve the uniformity of a process by improving the structure of a process tube.
반도체 소자의 제조 공정에 사용되는 장비중에서 박막을 증착하기 위해 사용되는 장비로 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; CVD)장치가 있다.Among the equipments used in the manufacturing process of semiconductor devices, a chemical vapor deposition (CVD) apparatus is used to deposit thin films.
CVD공정의 개념은 적층될 물질원자를 포함한 가스상태의 화학물질을 공정 챔버로 보내고, 이 공정 챔버에서 화학물질이 다른 가스와 반응하여 원하는 물질을 만들어 이 물질을 웨이퍼에 증착한다. 이러한 CVD장비 중에서 0.1~100 Torr 압력하에서 박막을 증착하는 것이 저압(Low Pressure; LP)CVD 방법이다.The concept of the CVD process sends gaseous chemicals, including material atoms, to be deposited into the process chamber, where the chemicals react with other gases to form the desired material and deposit the material onto the wafer. In such CVD equipment, the deposition of a thin film under a pressure of 0.1 to 100 Torr is a low pressure (LP) CVD method.
상술한 박막증착설비중에서 수직형(Vertical)구조를 갖는 화학기상증착장치의 공정 챔버는 일반적으로 이중의 튜브 구조로 되어 있다. 상기 공정 조건을 위한 챔버의 온도는 튜브 외부에 설치된 히터에 의해 조절된다.In the above-described thin film deposition apparatus, the process chamber of the chemical vapor deposition apparatus having a vertical structure generally has a double tube structure. The temperature of the chamber for the process conditions is controlled by a heater installed outside the tube.
도 1은 상술한 용도로 사용되는 종래 LPCVD의 전체적인 구성을 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 공정 챔버는 외부튜브(102)와 내부 튜브(104)의 이중 구조로 이루어진다. 상기 내부 튜브(104)내에는 다수매의 웨이퍼들(122)이 적층되어 있는 보트(120)가 위치된다. 그리고 상기 공정 챔버의 하단에는 반응 가스 공급을 위한 인젝트(injector) 노즐(106)이 구비되어 있다.1 is a view showing the overall configuration of a conventional LPCVD used for the above-described application. Referring to FIG. 1, the process chamber has a dual structure of an outer tube 102 and an inner tube 104. Within the inner tube 104 is a boat 120 in which a plurality of wafers 122 are stacked. In addition, an injector nozzle 106 for supplying a reaction gas is provided at a lower end of the process chamber.
상술한 구조를 갖는 LPCVD장치는 히터(108)에 의해 튜브가 가열되고, 내부의 압력 및 반응 가스의 유량 등 공정조건에 맞춰 웨이퍼들상에 필요한 물질을 증착시킨다. 종래에는 공정의 최적화를 위해 튜브 내에서의 부분별 온도 구배를 달리하였다. 그러나, 이는 동일 배치(batch)내 프로세스 진행중인 웨이퍼들간 서로 상이한 열분포(heat budget)를 야기하게 되고, 이는 공정의 균일도에 나쁜 영향을 미친다. 한편, 반응 가스는 상기 인젝트 노즐(106)로부터 분사 공급된다. 이 인젝트 노즐은 한 지점에 고정되어 있기 때문에 반응 가스의 농도 분포가 내부 튜브(104)내의 부분별(상,중,하)에 따라 달라진다. 특히, 반응 가스가 빠져나가는 내부 튜브(104)의 배출부 부분에서는 반응 가스의 희석 및 소진이 발생된다.In the LPCVD apparatus having the above-described structure, the tube is heated by the heater 108, and the necessary materials are deposited on the wafers according to process conditions such as the pressure inside and the flow rate of the reaction gas. In the prior art, different temperature gradients in parts of the tubes were used to optimize the process. However, this results in different heat budgets between the wafers in process in the same batch, which adversely affects the uniformity of the process. On the other hand, the reaction gas is injected and supplied from the inject nozzle 106. Since the inject nozzle is fixed at one point, the concentration distribution of the reaction gas varies depending on the parts (upper, middle, lower) in the inner tube 104. In particular, dilution and exhaustion of the reaction gas occurs in the outlet portion of the inner tube 104 through which the reaction gas is withdrawn.
이와 같이 내부 튜브(104)내에서 반응 가스의 희석 및 농도 분포가 일정하지 않게 되면 챔버내의 보트(120)에 다수매의 웨이퍼들이 적층되어 동시에 증착되는 과정에서 웨이퍼들이 적층된 위치(상,중,하)에 따라 형성되는 박막 두께의 차이 및 균일성의 불균형을 초래하게 된다.In this way, when the dilution and concentration distribution of the reaction gas in the inner tube 104 is not constant, a plurality of wafers are stacked on the boat 120 in the chamber and the wafers are stacked at the same time. This results in a difference in thickness and uniformity of the thin film formed according to the following.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 반응 가스가 빠져나가는 내부 튜브의 배출부 부분에서 발생되는 반응 가스의 희석 및 소진 현상을 최소화할 수 있도록 한 새로운 형태의 화학기상증착장치를 제공하는데 있다.The present invention is to solve such a conventional problem, the purpose of the new type of chemical vapor deposition to minimize the dilution and exhaustion of the reaction gas generated in the discharge portion of the inner tube through which the reaction gas escapes To provide a device.
도 1은 종래 화학기상증착장치의 전체적인 구성을 보여주는 도면;1 is a view showing the overall configuration of a conventional chemical vapor deposition apparatus;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LPCVD 장치의 공정 챔버에 설치되는 내부 튜브를 보여주는 도면;2 shows an inner tube installed in a process chamber of an LPCVD apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 3은 도 2에 도시된 내부 튜브가 설치된 본 발명의 LPCVD 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.FIG. 3 is a schematic view of the LPCVD apparatus of the present invention in which the inner tube shown in FIG. 2 is installed.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
12 : 외부 튜브 14 : 내부 튜브12: outer tube 14: inner tube
14a : 배출부 14b : 유입부14a: outlet 14b: inlet
16 : 플랜지 18 : 인젝트 노즐16 flange 18 inject nozzle
20 : 히터 30 : 수직 보트20: heater 30: vertical boat
32 : 웨이퍼32: wafer
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 화학기상증착장치는 종형의 외부튜브 내부에 설치되고 일단으로부터 반응 가스가 유입되고, 타단으로 반응 가스가 빠져나가는 원통형의 내부 튜브를 갖는 공정 챔버를 구비하는 화학기상증착장치에 있어서: 상기 내부 튜브는 상기 반응 가스가 빠져나가는 타단에 내측으로 플랜지를 형성하여, 반응 가스가 빠져나가는 공간이 상기 플랜지로 인해 협소해져 상기 내부 튜브의 타단 부분의 반응 가스 농도가 높게 유지될 수 있는 것을 특징으로 한다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, the chemical vapor deposition apparatus is installed in a vertical outer tube, the process chamber having a cylindrical inner tube in which the reaction gas is introduced from one end, the reaction gas is drawn out to the other end In the chemical vapor deposition apparatus having: the inner tube is formed inside the flange at the other end through which the reaction gas escapes, the space through which the reaction gas escapes narrowed by the flange so as to react at the other end of the inner tube It is characterized in that the gas concentration can be maintained high.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 2 내지 도 3에 의거하여 상세히 설명한다. 또, 상기 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 3. In addition, in the drawings, the same reference numerals are denoted together for components that perform the same function.
일반적으로 화학기상증착장치에서 진행되는 공정의 균일도에 영향을 주는 공정조건으로는 공정 챔버내 온도의 분포와 압력 및 반응 가스의 공급등이 있다. 본 발명에서는 이러한 공정조건들중 공정 챔버의 내부 튜브로 공급되는 반응 가스의 흐름(분포)을 개선하므로써, 웨이퍼들에 증착되는 박막의 균일도 및 재현성을 향상시키고자 한 것이다.In general, the process conditions affecting the uniformity of the process performed in the chemical vapor deposition apparatus include the distribution of temperature in the process chamber and the supply of pressure and reactant gas. The present invention aims to improve the uniformity and reproducibility of thin films deposited on wafers by improving the flow (distribution) of the reaction gas supplied to the inner tube of the process chamber.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LPCVD 장치의 공정 챔버에 설치되는 내부 튜브를 보여주는 도면이다.2 is a view showing an inner tube installed in a process chamber of an LPCVD apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 내부 튜브(14)는 원통형상으로 이루어진다. 상기 내부 튜브(14) 내부에는 다수매의 웨이퍼들(32)이 적층된 수직 보트(30)가 위치된다.(도 3참조) 상기 내부 튜브(14)는 반응 가스가 유입되는 유입부(14b)와 유입된 반응 가스가 빠져나가는 배출부(14a)로 이루어진다. 한편, 상기 배출부(14a)에는 내측으로 플랜지(16)가 형성된다. 즉, 상기 배출부(14a)는 상기 반응 가스가 유입되는 유입부(14b)의 직경보다 작게 형성되므로써, 내부 튜브(14)로 제공되는 반응 가스는 직경이 작아지는 부위(배출부 부위)에 이르러 밀도가 증가되는 것이다. 따라서, 종래 내부 튜브의 배출부 부분에 발생되었던 반응 가스의 희석 및 소진을 예방할 수 있다. 상기 내부 튜브는 공정 챔버의 외부 튜브내에 설치된다.2, the inner tube 14 is cylindrical in shape. Inside the inner tube 14, a vertical boat 30 in which a plurality of wafers 32 are stacked is positioned. (See FIG. 3) The inner tube 14 has an inlet portion 14b through which a reaction gas is introduced. And a discharge portion 14a through which the introduced reaction gas is discharged. On the other hand, the discharge portion 14a is formed with a flange 16 inward. That is, since the discharge portion 14a is formed smaller than the diameter of the inlet portion 14b into which the reaction gas flows, the reactive gas provided to the inner tube 14 reaches a portion (discharge portion portion) where the diameter becomes smaller. The density is increased. Therefore, it is possible to prevent dilution and exhaustion of the reaction gas, which has occurred in the discharge portion of the conventional inner tube. The inner tube is installed in an outer tube of the process chamber.
도 3은 상술한 구조의 내부 튜브가 설치된 본 발명의 LPCVD 장치를 개략적으로 보여주는 것으로써, 이에 따른 본 장치의 공정을 설명하면 다음과 같다.3 schematically shows an LPCVD apparatus of the present invention having an inner tube having the above-described structure, and the process of the apparatus will be described as follows.
먼저, 공정이 진행하기 전 웨이퍼 케리어에 적재되어 있는 웨이퍼들을 공정 챔버(10)내로 로딩시킬 수 있도록 수직 보트(30)로 옮긴다. 상기 수직 보트(30)에 다수매의 웨이퍼들(32)의 적층이 완료되면, 상기 수직 보트(30)는 로딩장비에 의해 상기 공정 챔버(10)의 내부 튜브(14)안으로 로딩된다. 그리고 진공펌프(미도시)와 히터(20)를 가동시켜 공정 챔버(10)의 압력 및 온도를 적정 수준으로 유지시킨다. 상기 공정 챔버(10)내의 압력과 온도가 공정조건에 만족되면, 상기 인젝트 노즐(18)을 통해 반응 가스를 공급하여 원하는 막질을 웨이퍼들 표면에 증착시킨다.First, the wafers loaded on the wafer carrier are transferred to the vertical boat 30 so as to be loaded into the process chamber 10 before the process proceeds. When the stacking of the plurality of wafers 32 on the vertical boat 30 is completed, the vertical boat 30 is loaded into the inner tube 14 of the process chamber 10 by the loading equipment. The vacuum pump (not shown) and the heater 20 are operated to maintain the pressure and temperature of the process chamber 10 at an appropriate level. When the pressure and temperature in the process chamber 10 satisfy the process conditions, a reaction gas is supplied through the inject nozzle 18 to deposit a desired film on the surfaces of the wafers.
한편, 상기 내부 튜브(14)내로 유입되는 반응 가스는 상기 내부 튜브(14)내에 위치한 웨이퍼들(32)과 반응한다. 그리고 상기 반응 가스는 상기 내부 튜브(14)의 배출부(14a)로 이동되면서 상기 배출부를 통해 빠져나간다. 그리고 상기 내부 튜브에서 빠져나온 가스들은 배기라인(40)을 통해 배기된다. 이때, 상기 내부 튜브(14)내로 제공되는 반응 가스는 직경이 유입부(14b)에 비해 상대적으로 작은 배출부(14a)에서 정체된다. 따라서, 종래 내부 튜브(14)에서 배출부(14a) 부분으로 갈수록 반응 가스가 희석되는 현상을 최소화 할 수 있고, 상기 배출부(14a) 부분의 반응 가스 농도를 증가시킬 수 있는 것이다.Meanwhile, the reaction gas flowing into the inner tube 14 reacts with the wafers 32 located in the inner tube 14. And the reaction gas is moved to the discharge portion (14a) of the inner tube 14 and exits through the discharge portion. Gases exiting the inner tube are exhausted through the exhaust line 40. At this time, the reaction gas provided into the inner tube 14 is stagnated at the discharge portion 14a whose diameter is relatively small compared to the inlet portion 14b. Therefore, the phenomenon in which the reaction gas is diluted from the conventional inner tube 14 toward the discharge portion 14a portion can be minimized, and the concentration of the reaction gas at the discharge portion 14a portion can be increased.
이와 같이 본 발명의 LPCVD 장치는 상기 내부 튜브(14)의 배출부(14a) 부분에서 반응 가스의 정체 시간을 늘려 충분히 활성화 시켜주므로써, 상기 내부 튜브 전체적으로 균일한 가스분포를 갖게 해준다.As described above, the LPCVD apparatus of the present invention increases the stagnation time of the reaction gas in the discharge portion 14a of the inner tube 14, thereby sufficiently activating it, thereby providing a uniform gas distribution throughout the inner tube.
이와 같은 본 발명의 LPCVD 장치에 의하면, 내부 튜브에서 배출부 부분으로 갈수록 반응 가스가 희석되는 현상을 최소화하여, 내부 튜브내에서 부분별 가스의 농도분포를 일정하게 유지시켜주므로써, 안정적인 박막의 증착으로 균일도를 향상시킬 수 있다.According to the LPCVD apparatus of the present invention, by minimizing the dilution of the reaction gas from the inner tube to the discharge portion, by maintaining a constant concentration distribution of the gas in the inner tube, deposition of a stable thin film The uniformity can be improved.
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