KR20060056567A

KR20060056567A - 턱이 형성된 반응관을 갖는 화학적 기상 증착 장치

Info

Publication number: KR20060056567A
Application number: KR1020040095704A
Authority: KR
Inventors: 김정남
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-11-22
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2006-05-25

Abstract

본 발명은 턱이 형성된 반응관을 갖는 화학적 기상 증착 장치에 관한 것으로, 반응가스의 사용량에 따른 박막의 증착율을 증가시켜 증착 공정 시간을 줄이기 위해서, 내부에 복수의 웨이퍼가 적재된 보트와; 상기 보트를 둘러싸는 반응관과; 상기 반응관의 외측에 배치되어 상기 반응관을 가열하기 위한 가열원과; 상기 반응관과 보트 사이에 소정의 길이로 뻗어 있으며, 상기 반응관 안으로 반응 가스를 수직 분사하는 복수개의 노즐이 설치된 가스 공급관; 및 상기 반응관과 보트 사이에 연결되어, 상기 반응가스를 상기 반응관의 밖으로 배출시키는 가스 배출관;을 포함하며, 상기 보트에 근접한 상기 반응관의 내벽에 상기 반응가스의 유속을 감소시키기 위한 턱이 다수개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 턱이 형성된 반응관을 갖는 화학적 기상 증착 장치를 제공한다.

CVD, 반응관, 턱, 반응가스, 유속

Description

턱이 형성된 반응관을 갖는 화학적 기상 증착 장치{CVD device having reaction tube with protrusion}

도 1은 종래기술에 따른 이중관 구조의 화학적 기상 증착 장치를 보여주는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 내벽에 턱이 형성된 내관을 갖는 이중관 구조의 화학적 기상 증착 장치를 보여주는 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *

110 : 반응관 112 : 내관

114 : 외관 116 : 개방부

118 : 턱 120 : 가열원

130 : 가스 공급관 132 : 노즐

140 : 가스 배출관 150 : 보트

160 : 웨이퍼 170 : 회전축

180 : 플랜지 200 : CVD 장치

본 발명은 화학적 기상 증착 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보트에 근접한 반응관의 내벽에 반응가스 유속을 떨어뜨리기 위한 턱이 형성된 반응관을 갖는 화학적 기상 증착 장치에 관한 것이다.

반도체 제조 공정에 있어서, 증착 공정(Deposition Process)이라 함은 기상(Gas or Vapor Phase)의 소스(Source)로부터 특정 원자나 분자를 고상(Solid Phase)화 시켜 필요로 하는 박막을 얻어내는 일종의 물질 합성(Material Synthesis) 과정을 통칭한다. 반도체 소자의 제조에는 다결정 실리콘(Poly-crystal Silicon), 산화막(Oxide Film), 질화막(Nitride Film) 등 여러 종류의 금속 혹은 실리사이드(Silicide) 박막이 필요하며 이와 같은 박막들은 모두 증착 공정에 의해서 형성된다.

증착 공정은 박막 형성 공정(Thin Film Process)이라고 말할 수 있으며, 이는 크게 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition; PVD) 공정과 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 공정으로 대별된다. PVD 공정은 소스로부터 다른 성분이 더해지거나 감해지지 않고 상의 변환 과정만을 통하여 증착되는 것이다. 반면에 CVD 공정은 화학 반응을 수반하기 때문에 소스와 증착 산물간에 물리화학적 구조의 차이가 있다.

CVD 공정은 증착 하고자 하는 대상 물질의 원소를 포함하는 기체(혹은 Vapor) 소스와 반응 기체를 가열된 웨이퍼와 같은 기판 위에 공급하고 화학 반응이 일어나도록 하여 기판 위에 고상의 박막을 형성하고 반응 부생성물(By-product) 기체를 제거하는 일련의 공정이다. CVD 공정은 증착 압력에 따라 상압 CVD, 저압 CVD 공정 등으로 분류하거나 에너지원에 따라 열(Thermal) CVD, 플라즈마(Plasma) CVD, 광 CVD, 레이져(Laser) CVD 공정 등으로 분류하기도 한다.

여기서, 저압 CVD 공정은 진공 상태에서 가스를 반응시켜 반응된 가스 화합물을 웨이퍼 표면에서 박막을 증착토록 하는 공정이다. 저압 CVD 공정에 사용되는 장치의 반응관은 재질이 석영(SiO₂)으로 된 내관(Inner Tube) 및 외관(Out Tube)으로 이루어진 이중 반응관으로 내관 내에서 증착 공정이 이루어지는 것이 일반적이다.

종래 기술에 따른 저압 CVD 공정에 사용되는 CVD 장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, CVD 장치(100)는 반응가스가 공급되는 가스 공급관(30)과, 가스 공급관(30)과 연결된 이중 반응관(10)과, 이중 반응관(10)을 가열하기 위한 가열원(20)과, 반응되고 남은 반응가스와 미반응된 부산물을 포함하는 배출가스를 배출하기 위한 가스 배출관(40) 및 이중 반응관(10) 내부에 설치되는 보트(50; Boat)를 포함하며, 보트(50)의 밑 부분은 회전축(70)에 축지(軸支)된 구조를 갖는다. 여기서, 보트(50)는 복수의 웨이퍼(60)를 적재할 수 있는 수단이다.

이중 반응관(10)은 석영 반응관인 내관(12)과 외관(14)으로 이루어져 있으며, 내관(12)의 내부에는 복수개의 웨이퍼(60)가 수직으로 적재된 보트(50)가 설치되며, 보트(50)의 밑부분은 회전축(70)에 축지되어 있다. 그리고, 내관(12)의 상부는 개방되어 있어 내관(12)에 주입되는 반응가스는 내관(12)에 설치된 웨이퍼(60) 상에 박막을 증착시키고, 배출가스는 내관(12)의 상부의 형성된 개방부(16)를 거쳐 외관(14)을 통하여 가스 배출관(40)으로 배출된다. 그리고, 보트(50) 또한 재질이 석영이다. 통상적으로 내관의 개방부(16)를 통하여 배출가스가 잘 배출될 수 있도록 개방부(16)의 직경은 보트(50)의 직경보다는 크게 형성한다.

반응가스가 공급되는 가스 공급관(30)은 내관(12)의 내부와 연결되어 있으며, 내관(12)의 내부의 측면부에 평행하게 설치되어 있다. 그리고, 가스 공급관(30)은 보트(50)에 대응되는 길이로 내관(12) 안쪽에 수직으로 뻗어 있으며, 복수개의 노즐(32)을 통하여 반응 가스를 수평으로 분사한다. 반응가스는 가스 공급관(30)의 노즐(32)을 통하여 공급되어, 웨이퍼(60)를 통과한 반응가스를 포함하는 배출가스는 내관(12)의 상부에 있는 개방부(16)로 배출되어, 내관(12)과 외관(14) 사이에 연결된 가스 배출관(40)을 통해서 배출된다.

이와 같은 구조를 갖는 CVD 장치(100)를 이용한 CVD 공정은, 보트(50)가 축지된 회전축(70)이 소정의 속도로 회전하는 상태에서 가스 공급관(30)을 통하여 반응가스를 공급하여 웨이퍼(60) 상에 필요한 박막을 증착시키고, 반응되고 남은 반응가스를 포함한 배출가스를 가스 배출관(40)을 통하여 이중 반응관(10) 밖으로 배출시키는 단계로 진행된다.

그런데 내관은 상부가 개방된 일정한 내경을 갖는 원통형의 관이기 때문에, 내관 내로 유입된 반응가스는 내관의 개방부를 통하여 신속하게 빠져나간다. 즉 내관으로 투입된 반응가스 중에서 증착 공정에 사용되는 반응가스에 비해서 개방부를 통하여 빠져 나가는 반응가스의 양이 많기 때문에, 반응가스의 사용량에 비해서 박막의 증착율이 떨어져 증착 공정 시간이 길어진다.

따라서, 본 발명의 목적은 반응가스의 사용량에 따른 박막의 증착율을 증가시켜 증착 공정 시간을 줄일 수 있도록 하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내관 내벽에 다수개의 턱을 형성함으로써, 내관 내로 유입된 반응가스의 유속을 떨어뜨려 박막의 증착율을 증가시키고 증착 공정 시간을 줄일 수 있는 턱이 형성된 반응관을 갖는 화학적 기상 증착 장치를 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 내부에 복수의 웨이퍼가 적재된 보트와; 상기 보트를 둘러싸는 반응관과; 상기 반응관의 외측에 배치되어 상기 반응관을 가열하기 위한 가열원과;

상기 반응관과 보트 사이에 소정의 길이로 뻗어 있으며, 상기 반응관 안으로 반응 가스를 수직 분사하는 복수개의 노즐이 설치된 가스 공급관; 및 상기 반응관과 보트 사이에 연결되어, 상기 반응가스를 상기 반응관의 밖으로 배출시키는 가스 배출관;을 포함하며,

상기 보트에 근접한 상기 반응관의 내벽에 상기 반응가스의 유속을 감소시키기 위한 턱이 다수개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 턱이 형성된 반응관을 갖는 화학적 기상 증착 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 반응관은 보트를 둘러싸며 상부가 개방된 내관과, 내관의 외측에 배치된 외관을 포함하며, 턱은 내관의 내벽에 형성되어 있다.

그리고 본 발명에 따른 턱은 내관의 내벽과 보트 사이의 공간으로 돌출되게 형성하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 내벽에 턱(118)이 형성된 내관(112)을 갖는 이중관 구조의 CVD 장치(200)를 보여주는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 CVD 장치(200)는 반응가스가 주입되는 가스 공급관(130)과, 가스 공급관(130)과 연결된 반응관(110)과, 반응관(110)의 외측에 배치되어 반응관(110)을 가열하는 가열원(120)과, 반응되고 남은 잔류가스와 미반응된 부산물을 배출하기 위한 가스 배출관(140) 및 반응관(110) 내부에 설치되는 보트(150)를 포함하며, 보트(150)의 밑 부분은 회전축(170)에 축지(軸支)된 구조를 갖는다. 이때, 가스 공급관(130)은 반응관(110)과 보트(150) 사이에 소정의 길이로 뻗어 있으며, 반응관(110) 안으로 반응 가스를 분사하는 복수개의 노즐(132)이 설치되어 있다.

본 발명의 실시예에 따른 반응관(110)은 석영 소재의 이중 반응관으로 내관(112)과 외관(114)으로 이루어져 있으며, 내관(112)의 내부에는 복수개의 웨이퍼(160)가 수직으로 적재된 보트(150)가 설치되며, 보트(150)의 밑부분은 회전축(170)에 축지되어 있다. 그리고, 내관(112)의 상부는 개방되어 있어 내관(112)에 주입되는 반응가스는 내관(112)에 설치된 웨이퍼(160) 상에 박막을 증착시키고, 배출가스는 내관(112)의 상부의 형성된 개방부(116)를 거쳐 외관(114)을 통하여 가스 배출관(140)으로 배출된다. 그리고, 보트(150) 또한 재질이 석영이다. 통상적으 로 내관의 개방부(116)를 통하여 배출가스가 잘 배출될 수 있도록 개방부(116)의 직경은 보트(150)의 직경보다는 크게 형성한다.

반응가스가 공급되는 가스 공급관(130)은 내관(112)의 내부와 연결되어 있으며, 내관(112)의 내부의 측면부에 평행하게 설치되어 있다. 그리고, 가스 공급관(130)은 보트(150)에 대응되는 길이로 내관(112) 안쪽에 수직으로 뻗어 있으며, 복수개의 노즐(132)을 통하여 반응 가스를 수평으로 분사한다. 반응가스는 가스 공급관(130)의 노즐(132)을 통하여 공급되어, 웨이퍼(160)를 통과한 반응가스를 포함하는 배출가스는 내관(112)의 상부에 있는 개방부(116)로 배출되어, 내관(112)과 외관(114) 사이에 연결된 가스 배출관(140)을 통해서 배출된다.

특히 내관(112) 내로 유입된 반응가스의 유속을 떨어뜨려 증착율을 증가시키기 위해서, 내관(112) 내벽에 길이 방향으로 소정의 간격을 두고 다수개의 턱(118)이 형성되어 있다. 즉 내관(112)의 내벽에 형성된 턱(118)은 내관의 개방부(116)를 통하여 배출되는 반응가스의 흐름을 방해하기 때문에, 반응가스가 내관(112) 내에서 정체하는 시간이 증가하게 된다.

이때 턱(118)은 내관(112)과 일체로 형성하는 것이 바람직하며, 링 형태로 내관(112)의 내벽에 형성하는 것이 바람직하다. 물론 가스 공급관(130)과 간섭하지 않도록 가스 공급관(130)이 설치된 부분과는 이격될 수 있도록, 링 형태의 턱 내에 가스 공급관 설치 홈을 형성하거나, 가스 공급관이 설치된 부분에는 턱 부분이 형성하지 않는 것이 바람직하다.

한편 본 발명의 실시예에서는 반응관(110)으로 이중 반응관을 예시하였지만, 단일관 구조의 반응관에도 적용할 수 있음은 물론이다. 턱은 단일관의 내벽에 형성된다. 즉 실질적인 박막 증착 공정이 진행되는 보트(150)에 근접한 반응관(110)의 내벽에 턱(118)을 형성한다면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나는 것은 아니다.

그리고 턱(118)이 형성된 내관(112) 안으로 보트(150)를 탈착할 때, 턱(118)과 보트(150)의 기계적인 간섭을 방지하기 위해서, 턱(118)은 내관(112)의 내벽과 보트(150) 사이의 공간으로 돌출되게 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 CVD 장치(200)를 이용한 CVD 공정은, 보트(150)가 축지된 회전축(170)이 소정의 속도로 회전하는 상태에서 가스 공급관(130)의 노즐(132)들을 통하여 수직 방향으로 반응가스를 공급하면, 반응가스는 반응관(110) 내부를 순환하면서 보트(150)에 적재된 웨이퍼(160) 상에 필요한 박막을 일정한 두께로 증착시킨다.

이때 반응가스가 투입되는 내관(112)의 내벽에 길이 방향으로 형성된 턱(118)으로 인하여 반응가스의 유속이 떨어져 내관(112) 내에서 반응가스가 정체하는 시간이 길어진다. 따라서 반응가스가 내관의 개방부(116)를 통하여 시간당 배출되는 양을 줄일 수 있기 때문에, 반응가스의 사용량을 줄이면서 박막의 증착율을 증가시킬 수 있어 증착 공정 시간을 줄일 수 있다.

그리고 반응되고 남은 반응가스를 포함한 배출가스는 내관의 개방부(116)을 통하여 외관(114)으로 배출되며, 최종적으로 외관(114)과 연결된 가스 배출관(140)을 통하여 반응관(110) 밖으로 배출된다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

따라서, 본 발명의 구조를 따르면 보트에 근접한 반응관의 내벽에 길이 방향으로 소정의 간격을 두고 턱을 형성함으로써, 반응관 내벽의 길이 방향으로 이동하는 반응가스의 흐름을 방해하여 반응관 내에서 반응가스의 정체시간을 증가시킬 수 있다.

그리고 반응관 내에서의 반응가스의 정체시간을 증가시킴으로써, 반응가스가 내관의 개방부를 통하여 시간당 배출되는 양을 줄일 수 있기 때문에, 반응가스의 사용량을 줄이면서 박막의 증착율을 증가시킬 수 있어 증착 공정 시간을 줄일 수 있다.

Claims

내부에 복수의 웨이퍼가 적재된 보트와;

상기 보트를 둘러싸는 반응관과;

상기 반응관의 외측에 배치되어 상기 반응관을 가열하기 위한 가열원과;

상기 반응관과 보트 사이에 소정의 길이로 뻗어 있으며, 상기 반응관 안으로 반응 가스를 수직 분사하는 복수개의 노즐이 설치된 가스 공급관; 및

상기 반응관과 보트 사이에 연결되어, 상기 반응가스를 상기 반응관의 밖으로 배출시키는 가스 배출관;을 포함하며,

상기 보트에 근접한 상기 반응관의 내벽에 상기 반응가스의 유속을 감소시키기 위한 턱이 다수개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 턱이 형성된 반응관을 갖는 화학적 기상 증착 장치.
제 1항에 있어서, 상기 반응관은,

상기 보트를 둘러싸며 상부가 개방된 내관과;

상기 내관의 외측에 배치된 외관;을 포함하며,

상기 턱은 상기 내관의 내벽에 형성된 것을 특징으로 하는 턱이 형성된 반응관을 갖는 화학적 기상 증착 장치.
제 2항에 있어서, 상기 턱은 내관의 내벽과 보트 사이의 공간에 돌출되게 형 성된 것을 특징으로 하는 턱히 형성된 반응관을 갖는 화학적 기상 증착 장치.