KR20010076521A - 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼에 박막을 증착하기 위한 공정이 진행되는 챔버를 갖는 화학 기상 증착 장치에 관한 것으로, 반도체 웨이퍼의 표면에 박막을 형성시키기 위한 공정이 진행되는 공정 챔버를 구비한 화학 기상 증착 장치는 상기 공정 챔버에 설치되고 반도체 웨이퍼가 놓여지는 서셉터와; 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 반응가스를 분사하기 위하여 반응가스가 유입되는 측의 제 1 면과, 상기 반응가스가 배출되는 측의 제 2 면을 갖는 샤워 헤드를 포함하되; 상기 샤워 헤드는 상기 제 1 면으로부터 상기 제 2 면으로 관통되는 깔대기 형상의 단면을 갖는 복수의 홀들을 구비한다.

Description

화학 기상 증착 장치{A CHEMICAL VAPOR DEPOSITION APPARATUS}

본 발명은 반도체 웨이퍼에 박막을 증착하기 위한 공정이 진행되는 챔버를 갖는 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조 공정에서는 반도체 웨이퍼의 표면에 박막을 증착하기 위한 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; 이하 'CVD'라 칭함)장치가 보편적으로 사용되고 있다. 이 CVD 설비에서는 일정한 체적의 진공 챔버 내에서 공정에 필요한 가스를 샤워 헤드를 통하여 플로워 시켜 히터 블록(또는 '서셉터'라고도 함)상에 놓여진 반도체 웨이퍼위에 원하는 막질을 증착시키는 공정이 진행된다.

여기서 반도체 웨이퍼상에 증착되는 막질의 균일도는 공정에 중요한 변수이며, 전체 수율에도 큰 영향을 미치고 있다. 막질의 균일도는 공정 챔버의 일정한 온도/압력 유지, 특히 샤워 헤드를 통한 반응가스의 균일한 플로우 등에 의해 좌우된다.

종래 CVD 장비중 두 장의 반도체 웨이퍼를 동시에 박막 증착할 수 있는 설비는 공정 챔버 내의 제 1, 2 샤워 헤드 밑에 위치한 히터 블록(210)상에 두 장의 반도체 웨이퍼를 로딩하여 한 번의 가스 분사로 두 장의 반도체 웨이퍼에 박막을 증착하게 된다.

그러나 두 장의 반도체 웨이퍼(220)에 증착되는 막질은 반도체 웨이퍼의 중심보다 가장자리 부분(특히, 도 1a에 표시된 "a"부분)에 증착이 많이 되어 전체적으로 균일도가 나빠지는 결과를 초래하고 있다. 이러한 막질의 불균일성은 도 1b에 도시된 바와 같이, 일직선의 원통형 단면을 갖는 홀(232)들이 전체적으로 동심원 방사형으로 배치되어 있는 샤워 헤드(230)의 구조적인 문제로 인해 발생된다고 해도 과언이 아닐 것이다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 균일한 막질을 형성할 수 있는 화학 기상 증착 장치를 제공하는데 있다.

도 1a는 종래 CVD장치에서 두 장의 반도체 웨이퍼가 놓여진 히터 블록을 보여주는 도면;

도 1b는 종래 CVD장치에서 샤워 헤드를 보여주는 도면;

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 CVD 장치의 공정 챔버를 설명하기 위한 개략도;

도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 샤워 헤드 평면도 및 부분 확대 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 공정 챔버 110 : 히터 블록

120 : 샤워 헤드 126 : 홀

140 : 배기 라인 150 : 반도체 웨이퍼

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 반도체 웨이퍼의 표면에 박막을 형성시키기 위한 공정이 진행되는 공정 챔버를 구비한 화학 기상 증착 장치에 있어서: 상기 공정 챔버에 설치되고 반도체 웨이퍼가 놓여지는 서셉터와; 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 반응가스를 분사하기 위하여 반응가스가 유입되는 측의 제 1 면과, 상기 반응가스가 배출되는 측의 제 2 면을 갖는 샤워 헤드를 포함하되; 상기 샤워 헤드는 상기 제 1 면으로부터 상기 제 2 면으로 관통되는 깔대기 형상의 단면을 갖는 복수의 홀들을 구비한다.

이와 같은 본 발명에서 상기 복수의 홀들은 하나의 홀을 중심으로 동일 간격으로 사방에 홀들이 각각 위치된 모양으로 상기 샤워 헤드에 배열된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 2 내지 도 4에 의거하여 상세히 설명한다. 또, 상기 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 CVD 장치의 공정 챔버를 설명하기 위한 개략도이다. 도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 샤워 헤드 평면도 및 부분 확대 단면도이다.

도 2 및 도 4를 참조하면, CVD 장치의 공정 챔버(100)에서는 반도체 웨이퍼의 표면에 박막을 형성시키기 공정이 진행되는데, 상기 공정 챔버(100)에는 두 장의 반도체 웨이퍼가 로딩되는 히터 블록(110) 그리고 두 장의 반도체 웨이퍼(150)상으로 반응가스를 분사하는 두 개의 샤워 헤드(120)가 구비되어 있다.

본 발명의 실시예에 따른 CVD 장치의 공정 챔버(100)에서의 공정을 살펴보면, 먼저, 두 장의 반도체 웨이퍼(150)는 공정 챔버(100) 내부에 설치된 히터 블록(110)에 로딩된다. 이 상태에서 상기 공정 챔버(100)내의 압력을 10^-2- 10^-4torr 상태로 만듬과 동시에 공정 챔버(100) 내의 온도를 430-470도로 올려놓는다. 상기 반도체 웨이퍼(150)는 상기 히터 블록(110)에 의해 가열된다. 막질용 SiH4, N2O와 분해용 C2F6 로 이루어진 반응 가스는 상기 샤워 헤드(120)의 홀(122)들로부터 분사되어 상기 반도체 웨이퍼(150) 표면에 소정의 막질(Silicon, Oxide, Nitride)을 증착시킨다.

예컨대, 상기 공정 챔버의 공정 조건(압력과 온도)과 상기 반응 가스는 반도체 웨이퍼상에 증착하고자 하는 막질에 따라 달라질 수 있다.

한편, 반도체 웨이퍼(150)의 표면에 소정의 막질을 증착시킨 반응 가스 및 미반응 가스는 상기 히터 블록(110)에 형성된 배기공(112)을 통해 배기 라인(140)으로 배기된다.

상술한 바와 같이 박막 증착 공정에서 샤워 헤드(120)는 박막 균일도에 가장 큰 영향을 미치는 것으로서, 본 발명의 샤워 헤드(120)는 종래 샤워 헤드의 구조적인 문제로 인해 발생되었던 박막 균일도를 향상시키기 위하여 다음과 같은 구조적인 특징을 갖는다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 샤워 헤드(120)는 반응가스가 유입되는 측의 제 1 면(122)과 상기 반응가스가 배출되는 측의 제 2 면(124)을 갖는다. 그리고 상기 샤워 헤드(120)의 홀(126)들은 상기 제 1 면(122)으로부터 제 2 면(124)으로 관통되어 형성된다. 도 4에서 보여주는 바와 같이, 상기 홀(126)은 내면(126a)을 깔대기 모양으로 형성함으로써, 동일한 압력으로 반응 가스가 상기 홀(126)을 통해 플로워될 때 베르누이 원리(Bernoulli's theorem)에 의해 가스가 원활하게 분사되어 질 수 있는 것이다. 상기 샤워 헤드(120)에 형성되어 있는 홀(126)은 반응 가스가 유입되는 면(122)의 홀 직경(n=0.5mm)이 배출되는 면(124)의 내면(126a)의 홀 직경(m=0.3mm)에 비하여 현저하게 넓기 때문에, 상기 반응 가스의 분사시 발생될 수 있는 와류현상을 최소화시킬 수 있는 것이다. 또한, 상기 샤워 헤드(120)에는 깔때기 모양의 단면을 갖는 홀(126)들이 도 3에 도시된 바와 같은 구조로 배치되어 있음을 알 수 있다. 즉, 상기 샤워 헤드(120)에 배열되어 있는 홀(126)들의 배치 구조는 하나의 홀을 중심으로 동일 간격으로 사방에 홀들이 각각 위치된 모양으로 이루어진다. 이와 같이 상기 샤워 헤드는 전면에 균일한 간격으로 홀들이 형성되어 있어 전체적으로 균일한 가스 분사가 이루어질 수 있는 것이다.

이와 같이, 본 발명의 CVD 공정 챔버(100)에서는 반응가스가 상기 샤워 헤드(120)의 홀(126)들을 통해 원활하게 분사됨으로써, 상기 반도체 웨이퍼 표면(150)에 증착되는 막질의 균일성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

여기서 본 발명의 구조적인 특징은 반응 가스 분사시에 발생될 수 있는 와류현상을 최소화하고 원활한 가스 분사가 이루어질도록 샤워 헤드의 홀 내면을 직각이 아닌 깔때기 타입으로 형성하는데 있다. 또한, 본 발명의 구조적인 다른 특징은 샤워 헤드에 형성된 복수의 홀들은 하나의 홀을 중심으로 보았을 때 동일 간격으로 사방에 홀들이 각각 위치된 배열 모양으로 이루어짐에 있다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 샤워 헤드는 화학 반응을 이용하여 반도체 웨이퍼에 박막을 증착시키는 냉벽식, 온벽식, 대기압하에서 반응을 일으키는 상압(atmospheric pressure : AP)CVD, 감압상태에서 반응을 일으키는 감압(low pressure : LP)CVD, 플라즈마(plasma)CVD 장치등의 다른 반도체 제조 설비에서도 유용하게 적용하여 사용할 수 있는 것이다.

이상에서, 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 박막 증착 장치의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 샤워 헤드로부터 반응가스가 원활하게 반도체 웨이퍼 표면으로 분사됨으로서, 결과적으로는 반도체 웨이퍼 표면에 증착되는 막질의 균일성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 반도체 웨이퍼의 표면에 박막을 형성시키기 위한 공정이 진행되는 공정 챔버를 구비한 화학 기상 증착 장치에 있어서:

   상기 공정 챔버에 설치되고 반도체 웨이퍼가 놓여지는 서셉터와;

   상기 반도체 웨이퍼의 표면에 반응가스를 분사하기 위하여 반응가스가 유입되는 측의 제 1 면과, 상기 반응가스가 배출되는 측의 제 2 면을 갖는 샤워 헤드를 포함하되;

   상기 샤워 헤드는 상기 제 1 면으로부터 상기 제 2 면으로 관통되는 깔대기 형상의 단면을 갖는 복수의 홀들을 구비하여, 반응가스가 원활하게 반도체 웨이퍼 표면으로 분사될 수 있는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수의 홀들은 하나의 홀을 중심으로 동일 간격으로 사방에 홀들이 각각 위치된 모양으로 상기 샤워 헤드에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.