KR20110101557A - 저압 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 제조용 저압 화학 기상 증착에 관한 것이다.
본 발명은 복수 개의 웨이퍼가 서로 높이를 달리하여 안착되는 바디; 상기 바디를 감싸고 형성되며, 중앙에 개구부가 형성된 제 1 튜브; 및 상기 제 1 튜브를 감싸고 형성되며, 하부에 가스 배기구가 형성된 제 2 튜브를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 저압 화학 기상 증착 장치를 제공한다.
따라서, 튜브 및 바디 내에서 가스의 흐름이 바닥에 집중되지 않고, 웨이퍼의 표면에 스트레스의 집중이 감소된다.

Description

저압 화학 기상 증착 장치{Apparatus for low pressure chemical vapor deposition}
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저압 화학 기상 증착(Low pressure chemical vapor deposition) 장치에 관한 것이다.
반도체 반도체 소자 제조시에 저압 화학 기상 증착(Low Presure Chemical Vapor Deposition : 이하 "LPCVD" 라 함)을 이용하여 폴리 실리콘을 증착할 수 있다.
LPCVD법은 저압 상태의 증착로 내에서 가스를 공급하여 웨이퍼 표면에 실리콘막을 증착시킨다. 여기서, 상압부근에서 박막을 증착하는 종래의 상압기상증착법(APCVD)과는 달리, LPCVD법은 0.1∼50 torr의 압력범위에서 CVD법으로 박막을 증착한다.
따라서, LPCVD법은 낮은 반응기체 압력하에서 CVD 공정이 진행되기 때문에 웨이퍼 표면의 박막층착 균일도를 향상시키는 특징이 있고, 폴리 실리콘, 질화막 또는 산화막 등의 증착에 많이 사용되고 있다.
도 1은 종래의 저압 화학 기상 증착 장치를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 저압 화학 기상 증착 장비는, 저압 상태의 튜브(110) 내의 바디(100)에 웨이퍼(도시되지 않음)를 구비하고, 가스 공급기(120)으로부터 SiH4 등의 가스를 주입한다.
이때, 상기 가스 공급기(120)는 튜브(110)의 중앙과 상부 및 하부에서 골고루 가스를 공급한다. 그리고, 화살표로 도시된 가스 플로우(gas flow)와 같이 바디(100) 내의 온도와 압력에 의하여 반응이 이루어지며, 웨이퍼에는 폴리 실리콘 막(Poly Si film)이 증착된다.
그리고, LPCVD 장치 내에서, 반응 가스는 바디(100)의 상부로부터 중앙을 지나서 하부를 통하여, 가스 배기구(130)를 통하여 외부로 배출된다.
여기서, 도시된 바와 같이 수직형(Vertical type)의 바디 내에 수직으로 복수 개의 웨이퍼가 구비된 LPCVD 장치의 경우, 가스 플로우가 상부에서 하부로 이루어지면서, 튜브 내의 압력을 조절한다.
이때, 튜브의 하부로부터 가스를 펌핑(Pumping)하므로, 가스의 흐름은 당연히 튜브의 하부에 가장 집중된다.
따라서, 튜브의 각 구역(zone)에 따라 가스 압력의 차이가 발생하고, 상기 가스 압력의 차이에 의하여 웨이퍼의 표면에 증착되는 폴리 실리콘 막(Poly si film)의 특성차이가 발생하여, 하부의 웨이퍼에 증착되는 폴리 실리콘 막에 스트레스가 크다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 수직형으로 구비된 웨이퍼의 LPCVD 장치에서 튜브 내의 각 구역에서 가스 압력의 차이가 발생하지 않는 LPCVD 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, LPCVD 장치에서 각 구역 내의 웨이퍼에 증착되는 폴리 실리콘 막에 발생하는 스트레스를 없애고자 하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 복수 개의 웨이퍼가 서로 높이를 달리하여 안착되는 바디; 상기 바디를 감싸고 형성되며, 중앙에 개구부가 형성된 제 1 튜브; 및 상기 제 1 튜브를 감싸고 형성되며, 하부에 가스 배기구가 형성된 제 2 튜브를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 저압 화학 기상 증착 장치를 제공한다.
여기서, 개구부는 세로 방향이 더 길게 형성될 수 있다.
그리고, 개구부는 가운데 부분의 폭이 에지 부분의 폭보다 더 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 저압 화학 기상 증착 장치는 서로 높이가 다르게 안착된 복수 개의 웨이퍼에, 서로 다른 높이에서 가스를 공급하는 가스 공급기와, 상기 배기구로부터 상기 제 2 튜브 내의 가스를 배기하는 진공 펌프를 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 저압 화학 기상 증착 장치의 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 튜브 및 바디 내에서 가스의 흐름이 바닥에 집중되지 않는다.
둘째, 장치 내에서 가스의 흐름이 특정 부위에 증착되지 않으므로, 폴리 실리콘이 웨이퍼에 증착될 때 웨이퍼의 표면에 스트레스의 집중이 감소된다.
도 1은 종래의 저압 화학 기상 증착 장치를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 저압 화학 기상 증착 장치의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치의 개구부의 일실시예들을 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 저압 화학 기상 증착 장치의 일실시의 진공 펌프 등의 구조를 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 저압 화학 기상 증착 장치의 일실시예를 나타낸 도면이다. 이하에서, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 저압 화학 기상 증착 장치의 일실시예를 설명한다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 저압 화학 기상 증착 장비는, 제 2 튜브(220) 내에 제 1 튜브(210)가 구비되고, 상기 제 1 튜브(210) 내의 바디(200)에 복수 개의 웨이퍼(250)가 높이를 달리하여 나란하게 구비될 수 있다.
그리고, 바디(200) 내의 웨이퍼(250)들에는 가스 공급기(230)로부터 가스가 공급되어, 웨이퍼(250)의 표면에 폴리 실리콘(poly Si)을 증착할 수 있다. 또한, 상기 바디(200) 내의 반응 가스는 가스 배기구(240)를 통하여 외부로 배출된다.
이때, 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 저압 화학 기상 증착 장치는 튜브가 2개 구비된 것을 특징으로 한다. 즉, 장치 전체를 감싸는 제 1 튜브(220) 내에서, 제 1 튜브(210)가 바디(200)를 감싸고 있다.
여기서, 제 2 튜브(220)는 상기 저압 화학 기상 증착 장치를 감싸며 밀폐된 구조를 나타내나, 제 1 튜브(210)는 중간 높이의 부분에 개구부가 형성된 것을 특징으로 한다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치의 개구부의 일실시예들을 나타낸 도면이다. 이하에서, 도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치의 개구부의 일실시예들을 설명한다.
먼저, 3a에 도시된 바와 같이 제 1 튜브(210)의 측면에는 개구부(210a)가 형성되어 있다. 여기서, 상기 개구부(210a)는 상기 제 1 튜브(210)의 중앙에 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 개구부(210a)는 가로 방향의 길이보다 세로 방향의 길이가 더 길게 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 도 3a에 도시된 바와 같이 개구부(210a)의 단면이 곡면을 이룰 수도 있으나, 도 3b에 도시된 바와 같이 개구부(210a)의 단면이 마름로 꼴을 이룰 수도 있으며, 도 3c에 도시된 바와 같은 사각형 구조나 도 3d에 도시된 바와 같은 육각형 등의 구조를 이룰 수도 있다.
이때에도, 상기 개구부(210a)의 세로 방향의 길이가 더 길게 형성될 수 있음은 당연하다. 또한, 상술한 실시예들에서 상기 개구부(210a)는 가운데 부분의 폭이 에지(edge) 부분의 폭보다 더 크게 형성되어 있다.
도 4는 본 발명에 따른 저압 화학 기상 증착 장치의 일실시예의 진공 펌프 등의 구조를 나타낸 도면이다. 이하에서, 도 4 등을 참조하여 본 발명에 따른 저압 화학 기상 증착 장치의 작용을 설명한다.
가스 공급기(230)를 통하여 상기 바디(200) 내로 SiH4, PH3 및 N2 등의 반응 가스를 공급한다. 이때, 상기 반응 가스는 바디(200)의 중앙과 상부 및 하부에서 골고루 공급된다.
그리고, 화살표로 도시된 가스 플로우(gas flow)와 같이 바디(200) 내에서 튜브 내의 온도와 압력에 의하여 반응이 이루어지며, 웨이퍼(250)에는 폴리 실리콘 막(Poly Si film)이 증착된다.
그리고, 상기 가스 배기구(240)는 상기 바디(200)와 제 1/2 튜브(210, 220) 내의 잔존 가스를 외부로 배출한다. 이때, 압력 게이지(260)에서 장치 내부의 압력을 측정한 후, 압력 제어기(264)로 전달할 수 있다.
그리고, 압력 제어기(264)는 메인 밸브(262)를 통하여 상기 장치 내부의 압력을 조절할 수 있다. 즉, 진공 펌프(270)를 통하여 상기 장치 내에 잔존하는 반응 가스를 외부로 배출하는데, 압력 제어기(264)가 압력 게이지(260)로부터 제 1/2 튜브(210, 220)의 내부 압력에 대한 측정 데이터를 제공받고 이를 기초로 하여 진공 펌프(270)의 작동 및 메인 밸브(262)의 개폐량을 제어할 수 있다.
그리고, 상기 저온 화학 기상 증착 장치 내부가 진공 상태가 되었을 때, 상술한 바와 같이 장치 내부로 PH3와 소스 가스인 SiH4 등이 유입되어 반응할 수 있다.
그리고, 챔버 내부를 펌핑할 때, 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 튜브(210) 내의 잔존 가스는 상기 개구부(210a)를 통하여 제 2 튜브(220)를 경유하여 장치 외부로 배출된다. 따라서, 제 1 튜브(210)의 하부에 가스 흐름이 집중되는 것을 방지됨이 당연하다.
그리고, 상기 개구부(210a)가 세로로 길게 형성되어야 바디(200) 전체의 가스를 배출할 수 있으며, 특히 상기 개구부(210a)의 가운데 부분의 폭이 더 넓어야 중앙 부분에서 가스의 배출이 용이할 수 있다.
즉, 제 2 튜브(220)는 장치 전체의 압력을 제어할 수 있으며, 제 1 튜브(210)는 바디(200) 내부의 가스 흐름의 집중을 방지할 수 있으며, 이때 폴리 실리콘이 웨이퍼(250)에 증착될 때 하부의 웨이퍼(250)의 표면에 스트레스의 집중은 당연히 감소된다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100, 200 : 바디 110 : 튜브
120, 230 : 가스 공급기 130, 240 : 가스 배기구
210 : 제 1 튜브 210a: 개구부
220 : 제 2 튜브 250 : 웨이퍼
260 : 압력 게이지 262 : 메인 밸브
264 : 압력 제어기 270 : 진공 펌프

Claims (4)

  1. 복수 개의 웨이퍼가 서로 높이를 달리하여 안착되는 바디;
    상기 바디를 감싸고 형성되며, 중앙에 개구부가 형성된 제 1 튜브; 및
    상기 제 1 튜브를 감싸고 형성되며, 하부에 가스 배기구가 형성된 제 2 튜브를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 저압 화학 기상 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구부는, 세로 방향이 더 길게 형성된 것을 특징으로 하는 저압 화학 기상 증착 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 개구부는, 가운데 부분의 폭이 에지 부분의 폭보다 더 큰 것을 특징으로 하는 저압 화학 기상 증착 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 서로 높이가 다르게 안착된 복수 개의 웨이퍼에, 서로 다른 높이에서 가스를 공급하는 가스 공급기와, 상기 배기구로부터 상기 제 2 튜브 내의 가스를 배기하는 진공 펌프를 더 포함하는 저압 화학 기상 증착 장치.
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