KR20110005073A

KR20110005073A - 반도체 기판의 증착 장치

Info

Publication number: KR20110005073A
Application number: KR1020090062593A
Authority: KR
Inventors: 이한상
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2011-01-17
Also published as: KR101016016B1

Abstract

반도체 기판의 증착 장치가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 반도체 기판의 증착 장치는 소스 가스가 공급되어 공정이 수행되는 공간을 제공하는 튜브, 튜브의 외측면을 둘러싸며 가열하는 히팅 챔버, 세로 방향으로 복수의 슬롯을 구비하고 각각의 슬롯에 기판을 안착시키는 보트 및 세로 방향으로 복수의 분사구가 형성되며, 튜브 내에 설치되어 복수의 분사구를 통해 보트에 안착된 기판을 향하여 소스 가스를 분사하는 인젝터를 포함하는데, 복수의 분사구는 위치에 따라 분사구의 크기 상기 분사구 사이의 간격이 다르도록 형성된다.

반도체, 기판, 증착, 보트

Description

반도체 기판의 증착 장치{Chemical vapor depositon for semiconductor substrate}

본 발명은 반도체 기판의 증착 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 퍼니스(furnace) 안에 있는 다수의 기판에 대하여 인젝터를 이용하여 화학 물질을 증착시키는 반도체 기판의 증착 장치에 관한 것이다.

현대 사회에서 널리 사용되는 반도체 소자는 산화 실리콘에서 고순도의 실리콘을 추출하여 웨이퍼를 만드는 과정, 웨이퍼의 전체 표면에 막을 형성하고 필요한 부분을 제거하며 패턴을 형성하는 과정, 형성된 패턴에 따라 불순물 이온을 도핑하여 전기적 활성 영역을 형성하는 과정, 절연막 등의 필요한 막을 증착하고 활성역역을 금속 배선을 통하여 전기적으로 연결하는 과정 등의 복잡한 과정을 거쳐서 만들어지게 된다.

위와 같은 일련의 공정을 위해서 다양한 장비가 사용되는데, 웨이퍼를 고온에서 가열하여 웨이퍼 표면에 얇고 균일한 막(예를 들어, 산화막)을 증착시키는 퍼니스(furnace)가 있다.

퍼니스의 내부에는 다수의 기판이 정렬되는 보트가 위치하고, 인젝터를 통해 공정 가스를 분사하여 고온의 환경에서 증착이 이루어지는데, 온도가 높기 때문에 공정 가스의 흐름이 증착막의 균일도에 크게 영향을 미친다. 종래에는 보트 내부에 복수로 정렬되는 각각의 기판에 대하여 증착막의 균일도가 일정하지 못하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 고안된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 목적은 인젝터에 형성된 복수의 분사구의 형상을 조정하여 보트 내 각각의 기판에 대하여 증착막의 균일도를 향상시키는 반도체 기판의 증착 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 기판의 증착 장치는 소스 가스가 공급되어 공정이 수행되는 공간을 제공하는 튜브; 상기 튜브의 외측면을 둘러싸며 가열하는 히팅 챔버; 세로 방향으로 복수의 슬롯을 구비하고 각각의 슬롯에 기판을 안착시키는 보트; 및 세로 방향으로 복수의 분사구가 형성되며, 상기 튜브 내에 설치되어 상기 복수의 분사구를 통해 상기 보트에 안착된 기판을 향하여 상기 소스 가스를 분사하는 인젝터를 포함하는데, 상기 복수의 분사구는 위치에 따라 상기 분사구의 크기 또는 상기 분사구 사이의 간격이 다르도록 형성된다.

상기한 바와 같은 본 발명의 반도체 기판의 증착 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째, 인젝터에 형성된 분사구의 위치에 따라서 분사되는 양을 다르게 제어함으로써 보트에 안착된 복수의 기판에 대하여 균일하게 증착막을 형성할 수 있다는 장점이 있다.

둘째, 고농도의 오존을 이용하여 막특징을 향상시킬 수 있다는 장점도 있다.

실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 반도체 기판의 증착 장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 증착 장치를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터에 형성된 분사구를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인젝터에 형성된 분사구를 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보트의 일부를 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 증착 장치는 튜브(120), 히팅 챔버(110), 보트(140), 및 인젝터(130)를 포함하여 구성될 수가 있다.

튜브(120)는 인젝터(130)로부터 분사되는 소스 가스를 이용하여 증착 공정이 이루어지는 실질적인 공간을 제공한다. 튜브(120)는 히팅 챔버(110)에 의해 감싸져서 히팅 챔버(110)에 의해 가해지는 열로 인하여 내부를 고온의 상태로 유지시킨다. 튜브(120)의 일측에는 공정 후 잔류 가스를 배출하는 배기구(125)가 형성될 수가 있다.

히팅 챔버(110)는 튜브(120)의 외측면을 둘러싸며 고온의 공정 온도로 가열시키는 역할을 한다. 히팅 챔버(110)의 내부에는 둘레를 따라 열선(115)이 구비되어 히팅 챔버(110) 내부를 가열시킬 수가 있다.

튜브(120)의 내측에는 튜부(120)의 중앙에 위치하는 보트(140)에 안착된 복수의 기판(200)을 향하여 소스 가스를 분사하는 인젝터(130)가 형성된다.

인젝터(130)는 외부로부터 연결되는 분배관(135)을 통해 소스 가스를 공급 받아 인젝터(130)에 형성된 복수의 분사구(132)를 이용하여 소스 가스를 튜브(120) 내부로 분사시킨다. 보다 자세히는 인젝터(130)는 세로 방향으로 긴 형상인데, 아래에 연결되는 분배관(135)을 통해 소스 가스가 공급 되어 인젝터(130)를 따라 수직으로 상승하면서 세로 방향을 따라 형성된 복수의 분사구(132)를 통해 튜브(120) 내부에 있는 기판(200)을 향하여 소스 가스를 분사시킨다.

이러한 인젝터(130)는 기판(200)의 둘레를 따라 복수개 형성될 수가 있다. 도 1에서는 3 개의 인젝터(130a, 130b, 130c)가 도시되어 있는데, 이에 한정되지 않고 더욱 많은 개수의 인젝터(130)가 기판(200)의 둘레를 따라 일정한 간격으로 형성될 수 있음은 물론이다.

이때, 분배관(135)을 통해 아래에서 공급된 소스 가스는 인젝터(130)를 따라 상승하면서 인젝터(130)에 형성된 분사구(132)을 통해 튜브(120) 내부로 분사되는데, 위로 갈수록 압력이 떨어져서 분사구(132)를 통해 분사되는 소스 가스의 양이 작아지게 된다. 따라서, 본 발명에서는 위로 갈수록 분사되는 소스 가스의 양이 작아지는 문제점을 해결하기 위해, 인젝터(130)에 형성된 복수의 분사구(132)의 크기와 분사구(132) 사이의 간격이 다르도록 형성한다.

보다 자세히는 도 2에 도시되어 있는 것과 같이 세로 방향으로 길게 형성된 인젝터(130)에 대하여, 위쪽으로 갈수록 분사구(132) 사이의 간격이 좁아지도록 형성될 수가 있다. 위로 갈수록 압력이 낮아져 각각의 분사구(132)를 통해 분사되는 소스 가스의 양이 작아지나, 도 2에서와 같이 위로 갈수록 분사구(132) 사이의 간격을 좁게 함으로써 단위 면적당 더 많은 개수의 분사구(132)가 형성되게 함으로써 위로 갈수록 분사되는 소스 가스의 양이 작아지는 문제점을 해결할 수가 있다.

또한, 도 3에 도시되어 있는 것과 같이 세로 방향으로 길게 형성된 인젝터(130)에 대하여, 위쪽으로 갈수록 분사구(132)의 크기가 커지도록 형성할 수가 있다. 위로 갈수록 압력이 낮아지기 때문에 동일한 크기의 분사구(132)를 통해서는 위로 갈수록 분사되는 소스 가스의 양이 작아지나, 도 3에서와 같이 위로 갈수록 분사구(132)의 크기를 커지도록 함으로써 분사되는 단면적을 크게 함으로써 위로 갈수록 분사되는 소스 가스의 양이 작아지는 문제점을 해결할 수가 있다.

도 2와 도 3을 함께 적용하여 인젝터(130)의 세로 방향으로 위로 갈수록 분사구(132) 사이의 간격이 좁아짐과 동시에 각각의 분사구(132)의 크기는 커지도록 형성할 수도 있다.

도 2 및 도 3은 인젝터(130)에 형성된 분사구(132)의 형상을 개념적으로 설명하기 위한 것으로 실제로는 더욱 많은 개수의 분사구(132)가 더욱 촘촘한 간격으로 형성될 수가 있다.

보트(140)는 튜브(120) 내부의 중앙에 형성되어 복수의 기판(200)을 안착시킨다. 도 1 및 도 4에 도시되어 있는 것과 같이 보트(140)의 지지대(142)에 복수개의 슬롯(144)이 세로 방향으로 각가 형성되는데, 각 층의 슬롯(144)에 기판(200)을 안착시킬 수가 있다. 따라서, 세로 방향으로 형성된 슬롯(144)을 따라 복수개의 기판(200)을 안착시킬 수가 있다.

보트(140)가 튜브(120) 내부로 들어오면 받침대(미도시) 위에 안착될 수 있는데, 본 발명에서 보트(140)는 공정 중에 회전할 수가 있다. 즉, 회전하는 받침대 위에 보트(140)를 고정시킴으로써 받침대(미도시)의 회전으로 보트(140)를 회전시킬 수가 있다. 보트(140)가 회전함에 따라 보트(140)에 안착된 기판(200)이 회전하므로 기판(200)의 주위에 둘러싸도록 일정한 간격으로 형성된 복수의 인젝터(130)에 대하여 분사되는 소스 가스가 균일하게 기판(200)에 도달하도록 할 수가 있다. 따라서, 증착막의 균일도를 향상시킬 수가 있다. 바람직하게는 분당 1도~2도의 속도로 보트(140)를 회전시킬 수가 있다.

또한, 도 4에 도시되어 있는 것과 같이 본 발명에서는 보트(140)에 안착된 이웃하는 기판(200) 사이의 거리를 D라고 하고, 보트(140)에서 복수의 슬롯(144)을 지지하는 지지대(142)와 슬롯(144)에 안착된 기판(200) 사이의 거리를 L이라고 하였을 때, D ≥ 2L의 관계식을 만족하도록 보트(140)가 형성될 수가 있다. 보트(140)에는 수십에서 수백개의 기판(200)이 적재되어 증착이 이루어지는데, 상기 조건식을 만족하면 증착막의 균일도가 향상된다.

또한, 본 발명에서 보트(140)의 석영이나 SiC의 재질로 형성될 수가 있다.

산화막을 증착시킬 경우에는 공정 가스로 SiH4, TEOS, DMTMDSO, HMDSO 등이 사용될 수가 있다. 이때, B나 P 등을 주입시켜 도핑된 산화막을 증착시킬 수 있음은 물론이다. 또한, 소스 가스를 공급할 때 캐리어(carrier) 가스로 아르곤(Ar)이나 헬률(He) 가스가 사용될 수가 있다.

또한, 본 발명에서는 소스 가스를 산화시키기 위해 고농도의 오존(O₃)이 분사될 수 있는데, 바람직하게는 농도가 40% 이상의 고농도 오존을 이용할 수가 있다. 고농도의 오존을 이용하여 소스 가스를 산화시킴으로써, 산화의 효율을 높일 수가 있고, 동시에 막질을 향상시킬 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 증착 장치를 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터에 형성된 분사구를 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인젝터에 형성된 분사구를 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보트의 일부를 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110: 히팅 챔버

120: 튜브

130: 인젝터

132: 분사구

140: 보트

144: 슬롯

Claims

소스 가스가 공급되어 공정이 수행되는 공간을 제공하는 튜브;

상기 튜브의 외측면을 둘러싸며 가열하는 히팅 챔버;

세로 방향으로 복수의 슬롯을 구비하고 각각의 슬롯에 기판을 안착시키는 보트; 및

세로 방향으로 복수의 분사구가 형성되며, 상기 튜브 내에 설치되어 상기 복수의 분사구를 통해 상기 보트에 안착된 기판을 향하여 상기 소스 가스를 분사하는 인젝터를 포함하는데,

상기 복수의 분사구는 위치에 따라 상기 분사구의 크기 또는 상기 분사구 사이의 간격이 다르도록 형성된 반도체 기판의 증착 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 분사구는 위쪽으로 갈수록 상기 분사구의 크기가 커지도록 형성된 반도체 기판의 증착 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 분사구는 위쪽으로 갈수록 상기 분사구 사이의 간격이 좁아지도록 형성된 반도체 기판의 증착 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 보트에 안착된 기판 사이의 거리를 D라고 하고, 상기 보트에서 복수의 슬롯을 지지하는 지지대와 상기 슬롯에 안착된 기판 사이의 간격을 L이라고 하였을 때, D ≥ 2L의 관계식을 만족하는 반도체 기판의 증착 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 기판에 산화막을 형성하기 위해 상기 소스 가스는 SiH₄, TEOS DMTMDSO, HMDSO 중 어느 하나를 사용하고, 산화 촉진제로 농도가 40%이상의 오존(O₃)을 이용하는 반도체 기판의 증착 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 보트는 회전이 가능한 반도체 기판의 증착 장치.