KR20060091918A - 화학기상증착설비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생산 수율을 높일 수 있는 화학기상증착설비를 개시한다. 그의 설비는, 반응가스를 이용하여 웨이퍼 상에 박막이 형성되도록 소정의 밀폐된 공간을 제공하는 반응챔버; 상기 반응챔버와 연통되어 상기 반응챔버에 상기 반응가스를 공급하는 가스공급 라인; 상기 반응챔버 내에 공급되는 상기 반응가스의 원료로 적어도 하나 이상의 액상 원료물질을 공급하는 원료(precursor)공급장치; 상기 원료공급장치에서 공급된 상기 원료물질을 상기 반응가스로 만들어 상기 가스 공급라인에 공급하는 기화장치; 및 상기 기화장치와 상기 원료공급장치사이에서 상기 액상 원료물질을 전달하며, 상기 액상 원료물질을 상기 반응가스로 만들기 위해 상기 액상 원료물질을 기화점에 근접하는 온도로 가열하는 제 1 히터를 구비한 원료물질 공급라인을 포함함에 의해 상기 액상의 원료물질이 상기 반응 챔버로 직접 유입되는 것을 방지하여 상기 액상의 원료물질에 의한 화학기상증착 공정의 불량을 방지할 수 있기 때문에 생산 수율을 향상시킬 수 있다.
화학기상증착(CVD), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), TEOS(Tetraethoxysilane)

Description

화학기상증착설비{Equipment for chemical vapor deposition}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착설비를 개략적으로 나타낸 구성 블록도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 웨이퍼 110 : 반응 챔버
112 : 샤워헤드 114 : 척
120 : 반응가스 공급라인 122 : 제 2 히터
130 : 반응가스 공급장치 132 : 액상 원료공급부
134 : 활성가스 공급부 136 : 불활성가스 공급부
138 : 밸브 140 : 인젝터
150 : 원료공급 라인 152 : 제 1 히터
본 발명은 반도체 제조설비에 관한 것으로, 상세하게는 웨이퍼 상에 화학기 상증착(Chemical Vapor Deposition : CVD)방법으로 소정의 박막을 형성하는 화학기상증착설비에 관한 것이다.
최근, 반도체 제조 업계에서는 반도체 칩의 동작 속도를 증대시키고 단위 면적당 정보 저장 능력을 증가시키기 위하여 반도체 집적 회로 공정에 적용되는 최소 선폭이 꾸준히 줄어드는 추세에 있다. 또한, 반도체 웨이퍼 상에 집적화 되는 트랜지스터와 같은 반도체 소자의 크기가 서브 하프 마이크론 이하로 축소되고 있다.
이와 같은 반도체 소자는 증착 공정, 포토공정, 식각공정, 확산공정을 통하여 제조될 수 있으며, 이러한 공정들이 수차례에서 수십차례 반복되어야 적어도 하나의 반도체 장치가 탄생될 수 있다. 특히, 상기 증착 공정은 반도체 소자 제조의 재현성 및 신뢰성에 있어서 개선이 요구되는 필수적인 공정으로 졸겔(sol-gel)방법, 스퍼터링(sputtering)방법, 전기도금(electro-plating)방법, 증기(evaporation)방법, 화학기상증착(chemical vapor deposition)방법, 분자 빔 에피탁시(molecule beam eptaxy)방법, 원자층 증착방법 등에 의하여 웨이퍼 상에 상기 가공막을 형성하는 공정이다.
그중 화학기상증착방법은 다른 증착방법보다 웨이퍼 상에 형성되는 박막의 스텝커버리지(step coverage), 균일성(uniformity) 및 양산성 등 같은 증착 특성이 우수하기 때문에 가장 보편적으로 사용되고 있다. 이와 같은 화학기상증착방법에는 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition), APCVD(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition), LTCVD(Low Temperature Chemical Vapor Deposition), PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등으로 나눌 수 있다.
예컨대, 상기 PECVD는 전기적 방전을 통해 기체 내에 화학반응을 일으켜 형성된 물을 웨이퍼 상에 증착함으로서 유전막을 형성하는 공정이다. 그리고, 종래의 상기 PECVD공정은 다수의 웨이퍼를 플라즈마 화학기상증착설비 내부에 투입한 후, 일괄적으로 PECVD공정을 수행함으로서 다수의 웨이퍼 상에 특정막을 형성하였으나, 최근에 반도체장치가 고집적화되고 웨이퍼가 대구경화됨에 따라 플라즈마 화학기상증착설비 내부에 한 장의 웨이퍼를 투입한 후 PECVD공정을 진행하고, 상기 한 장의 웨이퍼에 대한 PECVD공정이 수행된 이후에는 상기 플라즈마 화학기상증착설비 내부에 존재하는 잔류가스 및 반응생성물을 제거하는 세정 및 퍼지공정을 수행하고 있다.
이러한 PECVD 공정과 같은 화학기상증착 공정은 원료물질을 기체상태로 반응챔버에 유입시켜 웨이퍼 상에서 화학반응을 통하여 소정의 막질이 증착되도록 하는 공정이다.
이때, 원료물질이 기체 상태일 경우에는 직접 반응기와 연결하여 공급하면 되지만, 원료물질이 상온에서 응축된 액체상태인 경우에는, 버블(Bubbling)방법, 증기류조절(Vapor Flow Controller)방법, 액체공급(Liquid Delivery)방법 또는 인젝션(injection)방법을 이용하여 원료물질을 기체화한 후 상기 반응챔버의 샤워헤드에 공급을 한다.
예컨대, 상기 인젝션방법은 상온 또는 상온에 근접하는 온도와, 상압보다 낮은 소정의 압력을 갖는 산소(O2) 가스와 같은 활성가스의 분위기에서 상기 활성가 스에 비해 상당히 높은 압력으로 액상 원료물질을 분사하여 상기 액상 원료물질을 기화시켜 상기 반응챔버의 샤워헤드로 공급하는 방법이다. 이때, 상기 액상 원료물질은 상기 산소 가스와 같은 활성 가스와 반응되면서 분사압에 의해 기화된다.
하지만, 종래 기술에 따른 화학기상증착설비는 다음과 같은 문제점이 있었다.
종래의 화학기상증착설비는 액상 원료물질을 기화점에 비해 월등히 낮은 상온 또는 상온에 근접하는 온도에서 상기 인젝션방법으로 기화시켜 상기 반응가스로 만들 경우, 상기 액상 원료물질이 모두 기화되지 않을 수 있고, 상기 액상 원료물질이 샤워헤드를 통해 상기 반응챔버에 유입되고 파티클과 같은 오염물질을 유발시켜 증착공정 불량을 야기시킬 수 있기 때문에 생산 수율이 떨어지는 단점이 있었다.
상술한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 액상 원료물질이 완전히 기화된 반응가스가 반응챔버에 유입되도록 하여 생산 수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 화학기상증착설비를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양태(aspect)에 따라, 화학기상증착설비는, 반응가스를 이용하여 웨이퍼 상에 박막이 형성되도록 소정의 밀폐된 공간을 제공하는 반응챔버; 상기 반응챔버와 연통되어 상기 반응챔버에 상기 반응가스를 공급하는 가스공급 라인; 상기 반응챔버 내에 공급되는 상기 반응가스의 원료로 적 어도 하나 이상의 액상 원료물질을 공급하는 원료(precursor)공급장치; 상기 원료공급장치에서 공급된 상기 원료물질을 상기 반응가스로 만들어 상기 가스공급 라인에 공급하는 기화장치; 및 상기 기화장치와 상기 원료공급장치사이에서 상기 액상 원료물질을 전달하며, 상기 액상 원료물질을 상기 반응가스로 만들기 위해 상기 액상 원료물질을 기화점에 근접하는 온도로 가열하는 제 1 히터를 구비한 원료물질 공급라인을 포함함을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제 1 히터에 의해 가열된 상기 원료공급 라인 또는 액상 원료물질의 온도를 감지하는 열전대(thermocouple)와, 상기 열전대에서 감지된 상기 원료공급 라인 또는 액상 원료물질의 온도 감지 신호를 입력받아 상기 원료공급 라인 또는 액상 원료물질의 온도가 일정하도록 상기 히터에 공급되는 상기 전원전압을 제어하는 제어부를 더 포함함이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 히터는 상기 원료물질 공급라인의 외주면을 감도록 형성되는 열선을 포함하고, 상기 액상 원료물질이 TEOS(Tetraethoxysilane)로 이루어질 경우, 상기 액상 원료물질을 약 80℃정도로 가열함이 바람직하다.
그리고, 상기 기화장치에서 기화된 상기 반응 가스가 상기 가스공급 라인에 응결되지 않도록 상기 가스공급 라인을 약 40℃ 내지 60℃ 정도의 온도로 가열하는 제 2 히터를 더 포함할 수도 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착설비를 설명하 면 다음과 같다. 본 발명의 실시예는 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착설비를 개략적으로 나타낸 구성 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 화학기상증착설비는, 반응가스를 이용하여 웨이퍼(100) 상에 박막이 형성되도록 소정의 밀폐된 공간을 제공하는 반응챔버(110)와, 상기 반응챔버(110)에서 상기 반응가스를 분사하는 샤워헤드(shower head, 112)와 연통되어 상기 반응챔버(110) 내부로 상가 반응가스를 공급하는 가스공급 라인(120)과, 상기 반응챔버(110) 내에 공급되는 상기 반응가스의 원료로 적어도 하나 이상의 액상 원료물질을 공급하는 액상 원료(precursor)공급부(132)를 구비한 반응가스 공급장치(130)와, 상기 액상 원료공급부(132)에서 공급된 상기 액상 원료물질을 상기 반응가스로 만들기 위해 상기 액상 원료물질을 소정의 분사압으로 분사하는 인젝터(injector, 140)와, 상기 인젝터(140)와 상기 액상 원료공급부(132)사이에서 상기 액상 원료물질을 전달하며, 상기 액상 원료물질을 상기 반응가스로 만들기 위해 상기 액상 원료물질을 기화점에 근접하는 온도로 가열하는 제 1 히터(152)를 구비한 원료물질 공급라인(150)을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 반응가스 공급장치(130)는 상압에 비해 낮은 압력으로 상기 가스 공급 라인(120)으로 공급되어 상기 인젝터(140)를 통해 분사되는 상기 액상 원료물질과 반응되는 산소가스와 같은 활성가스를 공급하는 활성가스 공급부(134)와 상기 가스공급 라인(120)을 통해 상기 반응챔버(110) 내부에 불활성 기체를 공급하는 불활성가스 공급부(136)를 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 액상 원료공급부(132), 상기 활성가스 공급부(134) 및 상기 불활성가스 공급부(136)는 밸브(138)의 조절에 의해 상기 액상 원료물질 또는 각종 가스를 상기 반응챔버(110)에 공급할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 상기 반응챔버(110)는 고주파 파워(radio frequency power)를 인가받아 상기 샤워헤드(112)를 통해 분사되어 상기 웨이퍼(100) 상으로 유동되는 상기 반응가스를 고온의 플라즈마 상태로 만들기 위해 상기 웨이퍼(100) 하부의 척(chcuk, 114) 또는 서셉터(susceptor)와, 상기 샤워헤드(112) 상부에 형성된 적어도 하나 이상의 플라즈마 전극을 더 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 액상 원료공급부(132)는 상기 액상 원료물질을 펌핑하여 상기 활성 가스에 비해 월등히 높은 압력으로 상기 인젝터(140)에 공급한다. 또한, 상기 액상 원료공급부(132)에서 공급된 상기 액상 원료물질을 유동시키는 상기 원료물질 공급라인(150)은 상기 액상 원료물질을 상기 인젝터(140)에 공급하기 위한 압력을 이겨낼 수 있는 금속재질의 튜브로 이루어진다. 예컨대, 상기 원료물질 공급라인(150)은 스텐(SUS) 재질로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 인젝터(140)는 상기 액상 원료공급부(132)에서 상기 활성 가스에 비해 월등히 높은 압력으로 공급되는 상기 액상 원료물질을 저진공 상태의 상기 반응 가스공급 라인(120)으로 분사하여 상기 액상 원료물질을 기상의 상기 반응가 스로 만드는 기화장치이다. 예컨대, 상기 인젝터(140)는 압력이 높은 상기 액상 원료물질을 노즐(nozzle)에서 저진공 상태의 상기 가스공급 라인(120)에 분사하여 상기 반응가스로 만들 수 있다.
이때, 상기 인젝터(140)에 공급되는 상기 액상 원료물질은 상기 웨이퍼(100) 상에 실리콘 산화막을 형성하기 위한 원료로서, 상기 산소와 결합하여 상기 반응챔버(110) 내부로 공급되는 TEOS(Tetraethoxysilane)가 사용된다.
상기 TEOS의 기화점은 상압(약 770Torr)에서 약 165℃정도이고, 저진공(약 100Torr 내지 약 1Torr)에서 약 70℃ 내지 약 120℃정도이다.
또한, 상기 원료공급 라인을 통해 상기 액상 원료공급부(132)에서 상기 인젝터(140)에 공급되는 상기 액상 원료물질을 상기 제 1 히터(152)는 약 70℃이상으로 가열하여 상기 인젝터(140)에서 분무되는 상기 액상 원료물질이 모두 반응가스로 기화되어지도록 할 수 있다.
예컨대, 상기 제 1 히터(152)는 금속 재질의 상기 원료공급 라인에 절연되어 상기 원료공급 라인의 둘레에 형성되어 상기 원료공급 라인을 통해 소정의 유속을 갖고 공급되는 상기 액상 원료물질을 약 80℃정도로 가열시킴이 바람직하다.
이때, 상기 제 1 히터(152)는 외부에서 인가되는 전원전압에 의해 발열되는 열선으로 이루어지며, 상기 열선이 상기 원료공급 라인의 외주면을 따라 일정횟수 이상으로 감겨 상기 원료공급 라인 내부에서 유동되는 상기 액상 원료물질을 가열시킬 수 있다.
도시되지는 않았지만, 본 발명의 화학기상증착설비는 상기 제 1 히터(152)에 의해 가열된 상기 원료공급 라인 또는 액상 원료물질의 온도를 감지하는 열전대(thermocouple)와, 상기 열전대에서 감지된 상기 원료공급 라인 또는 액상 원료물질의 온도 감지 신호를 입력받아 상기 원료공급 라인 또는 액상 원료물질의 온도가 일정하도록 상기 제 1 히터(152)에 공급되는 상기 전원전압을 제어하는 제어신호를 출력하는 제어부를 더 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 열전대와 제어부는 각각 후속에서 설명될 제 2 히터(122)의 발열을 감지하고, 상기 제 2 히터(122)의 발열을 제어하는 제어신호를 출력할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 화학기상증착설비는, 액상 원물질이 공급되는 원료공급 라인에서 상기 액상 원료물질을 기화점에 근접하는 온도까지 가열하는 제 1 히터(152)를 구비하여 상기 액상 원료물질이 완전히 기화된 반응가스를 반응챔버(110)에 유입되도록 할 수 있기 때문에 생산 수율을 증대 또는 극대화할 수 있다.
한편, 상기 제 1 히터(152)의 발열에 의해 기화점에 근접하는 온도까지 가열된 상기 액상 원료물질이 상기 인젝터(140)에서 분무되어 상기 반응가스로 완전하게 기화되어 상기 가스공급 라인(120)을 통해 유동된다.
이때, 상온의 상기 가스공급 라인(120)이 상기 반응가스의 온도에 비해 상대적으로 온도가 낮아 상기 반응가스가 상기 가스공급 라인(120)에서 응결될 수 있기 때문에 상기 가스공급 라인(120)의 둘레에 제 2 히터(122)를 형성하여 상기 가스공급 라인(120)을 소정의 온도로 가열함으로서 상기 반응가스가 상기 가스공급 라인(120)에서 응결되지 않고 상기 반응챔버(110)의 샤워헤드(112)에 공급되도록 할 수 있다.
마찬가지로, 상기 제 2 히터(122)는 상기 가스공급 라인(120)에 절연되어 상기 가스공급 라인(120)의 외주면을 따라 감기는 열선으로 이루어지며, 상기 열선이 상기 인젝터(140)에서 상기 반응챔버(110)에 연결되는 상기 가스공급 라인(120) 전면의 둘레에 형성될 수 있고, 상기 인젝터(140)와 상기 반응챔버(110)간에 외부로 돌출된 상기 가스공급 라인(120)의 일부에 형성될 수도 있다.
예컨대, 상기 제 2 히터(122)는 상기 가스공급 라인(120)을 약 40℃ 내지 약 60℃정도로 가열하여 내부에서 유동되는 상기 반응가스가 상기 가스공급 라인(120)의 내벽에서 응결되지 않고 상기 반응챔버(110)로 공급되도록 할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 본 발명의 화학기상증착설비는, 상기 인젝터(140)에서 분무되어 기화된 상기 반응가스와 상기 활성 가스가 균일하게 혼합될 수 있도록 상기 인젝터(140)와 상기 반응챔버(110)사이의 상기 가스공급 라인(120)에 형성된 가스 혼합부를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 가스 혼합부에서 혼합된 상기 반응가스와 활성 가스를 상기 반응챔버(110)의 샤워헤드(112)에 공급하는 상기 가스공급 라인(120)이 복수개로 나누어져 상기 샤워헤드(112)로 연결될 수도 있다.
따라서, 본 발명에 따른 화학기상증착설비는, 액상 원물질이 공급되는 원료공급 라인에서 액상 원료물질을 기화점에 근접하는 온도까지 가열하고, 상기 액상 원료물질이 반응가스로 기화되어 공급되는 가스공급 라인(120)을 소정의 온도까지 가열하는 제 1 히터(152) 제 2 히터(122)를 구비하여 상기 액상 원료물질이 완전히 기화된 반응가스를 반응챔버(110)에 유입되도록 할 수 있기 때문에 생산 수율을 증 대 또는 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 그리고, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다. 예컨대, 상기 원료 공급라인을 통해 유동되는 상기 액상 원료물질을 가열하는 제 1 히터(152)와, 상기 액상 원료물질이 기화된 반응가스가 유동되는 상기 가스공급 라인(120)을 가열하는 제 2 히터(122)가 각각 복수개 형성되어도 무방하다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 액상 원물질이 공급되는 원료공급 라인에서 상기 액상 원료물질을 기화점에 근접하는 온도까지 가열하는 제 1 히터를 구비하여 상기 액상 원료물질이 완전히 기화된 반응가스를 반응챔버에 유입되도록 할 수 있기 때문에 생산 수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 반응가스를 이용하여 웨이퍼 상에 박막이 형성되도록 소정의 밀폐된 공간을 제공하는 반응챔버;
    상기 반응챔버와 연통되어 상기 반응챔버에 상기 반응가스를 공급하는 가스공급 라인;
    상기 반응챔버 내에 공급되는 상기 반응가스의 원료로 적어도 하나 이상의 액상 원료물질을 공급하는 원료(precursor)공급장치;
    상기 원료공급장치에서 공급된 상기 원료물질을 상기 반응가스로 만들어 상기 가스공급 라인에 공급하는 기화장치; 및
    상기 기화장치와 상기 원료공급장치사이에서 상기 액상 원료물질을 전달하며, 상기 액상 원료물질을 상기 반응가스로 만들기 위해 상기 액상 원료물질을 기화점에 근접하는 온도로 가열하는 제 1 히터를 구비한 원료물질 공급라인을 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 히터는 상기 액상 원료물질이 TEOS(Tetraethoxysilane)로 이루어질 경우, 상기 액상 원료물질을 약 80℃정도로 가열함을 특징으로 하는 화학기상증착설비.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 히터는 상기 원료물질 공급라인의 외주면을 감도록 형성되는 열선을 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착설비.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 히터에 의해 가열된 상기 원료공급 라인 또는 액상 원료물질의 온도를 감지하는 열전대(thermocouple)와, 상기 열전대에서 감지된 상기 원료공급 라인 또는 액상 원료물질의 온도 감지 신호를 입력받아 상기 원료공급 라인 또는 액상 원료물질의 온도가 일정하도록 상기 히터에 공급되는 상기 전원전압을 제어하는 제어부를 더 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착설비.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기화장치에서 기화된 상기 반응 가스가 상기 가스공급 라인에 응결되지 않도록 상기 가스공급 라인을 약 40℃ 내지 60℃ 정도의 온도로 가열하는 제 2 히터를 더 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착설비.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기화장치에서 기화되는 상기 반응가스와 반응되는 활성가스를 공급하는 활성가스를 상기 가스공급 라인으로 공급하는 활성가스 공급장치를 더 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착설비.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 활성가스 공급장치에서 공급된 상기 활성가스와 상기 반응가스를 혼합하기 위해 상기 가스공급 라인에 형성된 가스 혼합장치를 더 포함함을 특징으로 하는 화학기상증착설비.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20140113037A (ko) * 2013-03-15 2014-09-24 주식회사 원익아이피에스 기판 처리 장치 및 복합막 제조 방법

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