KR840002182Y1 - 실리콘 웨이퍼의 화학적 필름 증착장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

실리콘 웨이퍼의 화학적 필름 증착장치

제1도는 본 발명에 따른 증착장치의 블록다이아그램.

제2도는 실리콘 웨이퍼가 지지된 진공용기에 대한 내부구조도.

제3도는 제2도의 3-3선으로 절단한 단면도.

본 고안은 집적회로의 제작에 관련된 장치에 관한 것으로서, 특히 회로의 기판으로 사용되는 실리콘 웨이퍼에 얇은 필름을 화학적인 방법으로 증착시키는 장치에 관한 것이다.

집적회로의 제작에 있어서, 길쭉한 실리콘 단결정으로부터 절단된 하나의 실리콘 웨이퍼에 수백개의 회로가 나란히 형성된다. 실제 회로소자로 사용되는 여러가지 물질의 얇은 필름은 제작공정의 여러 단계에서 실리콘 웨이퍼에 증착되며, 웨이퍼에 각종 필름이 증착된 후 보통 사진석판에 의해 필름의 특정부분이 선택적으로 제거됨으로서 사전에 결정된 형태의 필름만이 남게 된다.

웨이퍼에 각종 얇은 필름을 형성시키는 종래의 방법은 화학적 증착에 의한 것으로서, 상기 공정에서 웨이퍼들은 보트(boat)안에서 일정거리 떨어져 서로 평행하게 배열된다. 출구 끝 쪽에서 진공펌프에 의해 진공되는 긴 수정관에 웨이퍼를 담고 있는 보트가 삽입된다. 수정관은 웨이퍼를 가열하기 위해 수정관 내부에 복사열을 공급하는 원통형 가열소자로 둘러싸여 있으며, 수정관 한쪽 끝에서 들어오는 반응가스는 진공펌프에 의해 수정관 출구 끝쪽으로 흐르게 된다. 반응가스가 웨이퍼를 통과할 때 화학반응이 일어나며 그 반응생성물이 웨이퍼에 필름으로 증착된다. 많은 경우 하나 이상의 반응가스가 들어가 두 가스사이의 화학반응에 의한 생성물이 웨이퍼에 필름으로 증착된다.

실리콘 웨이퍼에 필름의 화학적 증착을 위한 종래의 장치는 몇 가지의 단점을 가지고 있다. 실리콘 웨이퍼는 진공된 수정관의 비교적 적은 부분을 차지하므로 상당량의 반응가스가 공급되어야 하며 이중 일부만이 얇은 필름을 만드는데 소요된다.

필름이 증착되는 웨이퍼 표면에 수직방향으로 반응가스가 통과하므로 가스 흐름이 방해되며 관내에서 예기치 못한 유동특성이 발생된다. 이것은 가스가 인접한 웨이퍼 사이를 강제로 흐르게 됨으로서 표면과 접촉하게 되면 가스흐름의 방향이 변화되기 때문이다. 이와같이 웨이퍼 표면에 걸친 유동형태가 변화됨으로서 각 웨이퍼에 균일하게 필름이 증착되지 않는다.

유동가스에 의해 처음으로 접촉되는 웨이퍼에서 가스유량이 최대로 국소화되며, 따라서 필름의 증착속도도 가장 빠르게 된다. 이와 반대로 웨이퍼 배열중 최종 웨이퍼에서는 필름 증착속도가 감소된다. 보트안의 웨이퍼 사이에 필름 증착속도의 변화를 조정하기 위해서 관의 출구 끝쪽으로 반응가스 기체를 "운반"하기 위해 질소와 같은 비활성운반가스를 사용하여 웨이퍼 배열중 최종 웨이퍼에서의 증착속도를 높여준다. 또한 필름 증착속도는 웨이퍼 온도에 관한 함수이므로 관을 둘러싼 가열소자의 각 부분의 전압을 변화시킴으로써 웨이퍼 배열의 길이를 따라 증가하는 온도 구배를 만든다. 즉 각 웨이퍼를 다른 온도로 유지시키고 웨이퍼 온도를 그 흐름과 같은 방향으로 증가하도록 함으로써 필름증착 속도에 대한 국소화된 가스의 유량변화가 보정되며, 보트내의 웨이퍼 사이에서 필름 증착속도와 이에 따라 증착된 필름의 두께가 비교적 일정하게 유지된다.

종래의 화학적 증착장치를 개선하기 위해 바깥표면에 많은 구멍이 형성된 원통형 용기로 웨이퍼 보트를 둘러싸는 시도가 있었다. 반응가스의 입구와 접하는 용기의 끝은 뚜껑이 있으며 다른 끝은 개방되어 있다. 가스가 관입구 끝에서 들어갈 때, 가스는 방향을 바꾸어 원동형 용기의 구멍으로 들어감으로써 실리콘 웨이퍼 사이로 가스가 통과한다. 가스는 용기의 개방된 끝을 종래와 같이 관의 출구끝으로 빠져 나감으로서 제거된다. 상기 공정에서는 웨이퍼 배열의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝까지 국소화되는 유속변화의 문제를 완전히 해결하지 못하므로, 각 웨이퍼와 웨이퍼 사이에서의 필름두께를 일정하게 하기 위해 운반가스와 온도구배가 필요하게 된다.

본 고안은 실리콘 웨이퍼에 얇은 필름을 증착시키기 위한 장치에 관한 것으로, 웨이퍼가 진공용기 안에서 일정간격으로 평행하게 유지되고 있으며, 반응가스는 웨이퍼배열과 용기벽 사이의 제한된 영역으로 들어간다. 반응가스가 제한된 영역으로 들어갈 때 이것은 웨이퍼사이와 웨이퍼에 평행하게 흐르도록 되어 있다. 그러나 웨이퍼 표면과 접촉하며 통과하기 전에 난류가 가스흐름에 발생하여 가스가 웨이퍼 표면 전체에 걸쳐 분산됨으로서 각 가스가 웨이퍼에서의 필름증착을 용이하게 하며 그 두께로 균일하게 된다. 반응가스가 웨이퍼 사이를 통과하면서 웨이퍼에 필름을 증착시키기 위해 화학적으로 반응한 후 미반응 및 배기가스는 웨이퍼 배열의 반대쪽을 지나 용기 출구쪽을 향해 수평방향으로서 용기로부터 제거된다. 상기와 같이 반응가스가 흐르는 중에 웨이퍼 온도는 진공용기 밖에 위치한 가열소자에 의해 일반적으로 일정하고 균등하게 유지된다. 인접한 웨이퍼 사이의 균등하게 국소화된 체적유량때문에 같은 온도로 웨이퍼를 유지하여도 각 웨이퍼 간에 균일하게 필름을 증착시킬 수 있다.

본 고안에서 반응가스는 진공용기 양쪽끝으로부터 웨이퍼 배열아래 영역으로 수평하게 들어간 후 가스장막과 같이 수직 상방으로 항하여 가스장막의 전길이, 따라서 웨이퍼 배열의 전체길이에 걸쳐 국소화된 체적유량이 일정하게 유지되도록 함으로서 동일한 부피의 반응가스가 각 웨이퍼 표면으로 공급된다. 두 반응가스가 상기 공정에 사용된다면 각 웨이퍼 배열아래의 제한된 영역으로 들어간다. 이 영역으로 들어간후 가스는 서로 화학적으로 반응하며 이 반응생성물이 웨이퍼에 필름으로 석출된다. 이러한 공정에서 각 반응가스의 유속을 제어함으로서 두 가스의 전체 체적 유량이 미리 정해진 값으로 유지된다.

상기 공정에서 쓰이는 장치는 일반적으로 진공용기 및 용기내 압력을 대기압이하로 유지하는 수단.

웨이퍼 지지수단과 용기 하부가 웨이퍼 배열 아래쪽에 제한된 영역을 정의하도록 하는 용기내의 웨이퍼지지수단, 반응가스를 웨이퍼 배열아래의 제한된 영역으로 공급하여 그 가스흐름을 수직상방으로 향하게 하는 수단, 웨이퍼 배열의 하부근방에 위치하여 수직상방으로 향하는 가스에 난류를 유발시키기 위한 수단 및 용기 외부에 위치하여 가스가 들어오고 있을 때 웨이퍼를 가열하기 위해 용기안으로 복사열을 공급하는 수단으로 구성되어 있다.

웨이퍼 지지수단은 가스가 웨이퍼 표면에 평행하고 길이축에 수직인 방향으로 흐르도록 하는 여러 개의 개구가 표면에 길이방향으로 형성되어 있는 실리더형 용기로 구성된다. 용기의 길이에 연장되어 있는 두개의 평행측벽은 일반적으로 용기의 표면양측에서 접선방향으로 돌출하여 있으며, 두 측벽의 모서리는 진공용기 하단과 접촉하도록 놓여짐으로서 용기내에 지지된 웨이퍼 아랫쪽에 제한된 영역이 정의된다.

웨이퍼는 일정간격으로 서로 평행하게 웨이퍼 용기내에 배열되어 진공용기의 길이축과 수직하게 위치한다.

웨이퍼용기 길이방향 개구는 웨이퍼용기의 원통형 표면에 일정간격으로 위치한 길고 평행한 봉들에 의해 정의되며, 상기봉들은 원형단면적을 가짐으로서 상방으로 흐르는 가스가 봉에 접촉할 때, 봉주위를 흐르는 가스와 인접봉사이의 개구를 흐르는 가스에 의해 난류가 생긴다. 이 난류는 가스를 분산시키고 가스를 웨이퍼 표면의 전체에 걸쳐 흐르게 함으로서 각 웨이퍼에 석출되는 필름두께의 균일성을 꾀한다. 가스가 웨이퍼 사이를 지나 웨이퍼 용기의 원통형 표면의 다른 편에 있는 봉에 접근하면 또 다른 난류가 생겨 웨이퍼 표면의 전체에 걸쳐 가스가 더욱 확산되도록 한다. 웨이퍼 용기와 진공용기의 상단사이에 충분한 공간이 있어 미반응 및 배기가스가 용기의 출구 끝쪽으로 수평하게 제거된다.

웨이퍼 하단의 제한된 영역으로 반응가스를 공급하는 장치는 진공용기의 양끝 사이를 뻗어있으며 웨이퍼 지지장치와 진공용기 하단 사이의 영역으로 통과하는 한쌍의 수평도관으로 되어 있다. 각 도관에는 진공용기 바깥에서 도관을 통해 들어오는 반응가스의 방출을 위해 길이방향으로 뻗어 있는 홈이 있다. 반응가스는 도관의 양쪽에서 들어와 상방으로 향한 가스장막으로서 홈을 통해 수직 상방으로 통과한다. 두 반응가스가 필요할 때 각 가스는 분리된 도관을 통해 들어온다. 따라서 반응가스는 웨이퍼 표면과 아주 근접하게 개입되며 각 웨이퍼 근처에서 가스의 체적유량도 같으므로써 웨이퍼간에 필름두께가 균일하게 된다. 따라서 본 고안은 운반가스가 요구되지 않으며, 웨이퍼를 각기 따른 온도로 가열할 필요성이 제거됨으로서 공정에 사용되는 에너지양이 감소된다. 더우기 가스가 웨이퍼 근처에 공급되는 즉시 반응하여 필름을 형성하기 때문에 다량의 미반응 가스가 진공펌프에 의해 용기로부터 제거되는 종래의 공정에서 보다 반응가스가 적게 소요된다. 또한 가스의 웨이퍼표면 전체에 걸쳐 확산되므로 각 웨이퍼에 증착된 필름의 두께가 균일하다.

첨부된 도면을 참조하여 본 고안을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도에서 긴 수정관(10)으로 된 진공용기의 출구끝(14)에서 수정관(10)에 연결된 진공펌프(12) 같은 진공적치와 실리콘 웨이퍼 가열을 위해 수정관(10)을 둘러싸고 있으며 온도 조절기(18)와 전기적으로 연결된 가열소자(16)와 진공용기내에서 웨이퍼를 지지하는 장치와 반응가스를 용기내부로 주입하기 위한 가스탱크, 유동변환기, 밸브 및 도관을 갖춘 반응가스 유동시스템으로 구성되어 있다.

진공용기는 경첩문(20)에 연결된 입구(13)와 스텐레스강관(22)에 의해 진공펌프(12)에 연결된 출구(14)를 갖는 긴 원통형 수정관이다. 필름 증착 공정시 진공펌프(12)가 최대속도로 가동하여 관내의 압력이 대기압 이하로 유지된다. 제1도에 도시된 가열소자(16)는 수정관(10) 주위를 코일형으로 감고 있어 열복사가 수정관(10)을 침투함으로서 내부의 웨이퍼가 가열된다.

상기의 수정관(10), 가열소자(16) 및 그 온도 조절기(18)와 수정관(10)에 연결된 진공펌프(12)는 종래의 실리콘 웨이퍼에 화학적 증착공정에 쓰인 장치의 주요부분이다. 종전 공정에서는 경첩문(20)을 열고 "보트"에 일정간격 평행하게 배열된 실리콘 웨이퍼를 수정관(10) 내로 삽입한다. 경첩문(20) 안에 구멍(도시 안했음)을 통해 주입되는 반응가스는 입구(13)에서 출구(14)로 지나며 진공펌프(12)에 의해 진공으로 된다. 수정관(10)을 통과할 때 가스는 보트에 지지된 웨이퍼 수직방향으로 통과한다. 온도 조절기(18)는 가스흐름 방향으로 증가하는 온도구배에 따라 온도를 유지시켜 하부의 웨이퍼가 상부 웨이퍼보다 더 높은 온도로 가열되도록 한다. 이와 같이 하여 국소화된 체적유량의 변화와 이에 따라 국소화된 화학 반응속도 변화가 보정되어 웨이퍼 사이에서 균일하게 필름이 증착된다. 또한 수정관(10)의 출구(14)로 반응가스를 "운반"하기 위해 비활성 운반가스가 자주 사용된다.

종래 공정과 달리 본 고안에서는 반응가스가 용기내로 들어가 웨이퍼에 평행하게 흐르도록 한다. 제1도에서 단 하나의 반응가스가 공정에 쓰일 경우 공급탱크(30)에서 오는 가스는 스텐레스 강관(36), 유동변환기/밸브(33)와 가스를 두 길 즉 관(42)와 관(44)로 나누는 밸브(40)을 통해 흐른다. 이후 가스는 수정관(10)의 출구끝에서 수정관(10) 내에 위치한 수정도관(46)으로 흐른다. 만약 공급탱크(32)에 들어있는 제2반응가스가 필요하면 이 가스는 관(50), 유동변환기 밸브(52)와 가스를 두길 즉 관(55)과 관(57)로 나누는 밸브(54)를 통해 흐른다. 그후 제2반응 가스는 수정관(10)의 출구끝에서 수정관(56)으로 흐른다. 수정관 (10)내의 도관(46)과 도관(56)은 반응가스를 수정관(10)내로 보내 웨이퍼에 평행하게 흐르도록 하기 위한 장치로 쓰인다. 제1도에서 도관(46)과 도관(56)에는 웨이퍼에 평행하게 가스를 보내기 위해 일정한 폭의 긴 홈(60)과 홈(62)이 있다. 가스유등 시스템에 존재하는 제3가스 공급탱크(34)도 관(50)에 스텐레스 강관으로 연결되어 자체의 유동제어기/밸브(64)를 갖는다. 필요하다면 탱크(34)는 수정관(10)내에 들어가기 전 제2반응가스와 혼합하는 첨가제 가스를 담고 있게 된다. 각각의 유동 변환기/밸브(38,52,64)는 모든 가스에 대해 미리 정해진 유속이 선택 및 제어되도록 프로그램식 유량계(61)에 전기적으로 연결되어 있다. 따라서 첫째, 제1가스와 제2가스의 유량비와 제2반응 가스에 혼합된 첨가제 가스량은 미리 선택할 수 있고 그리고 제어할 수 있다. 각각의 변환기/밸브(38,52,64)는 종전의 열질량 유량 제어기로서, 기계적 밸브를 제어하는 연산증폭기에 기준전압을 변화시킴으로써 희망하는 유속이 선택된다. 기준전압은 프로그램식 유량제어기(61)를 통해 선택된다. 일단 가스유속이 프로그램식 유량제어기(61)에서 선택되면 변환기/밸브는 각각의 선택된 범위안에서 각 유속을 유지한다.

제2도 및 3도는 진공 용기내에 실리콘 웨이퍼를 지지하는 새로운 장치를 도시한 것이다. 웨이퍼 지지장치는 용기(70)의 원통형 표면에서 외측접선 방향으로 뻗어 있는 평행한 측벽(72,74)과 원통형 표면주위의 일정간격으로 다수의 구멍을 갖는 원통형용기(70)로 구성되어 있다. 벽(72,74)의 모서리(73,75)는 용기(70)가 수정관(10) 내부에 놓일 때 수정관(10) 하단과 접촉된다(제3도). 제2도에서 측벽(74)은 수정관(10) 내의 수정도관(56)을 도시하기 위해 절단되어 있다. 제2도에서 수정도관(56) 뒤에 수정도관(46)이 놓여 있다(도시 안했음). 원통형 용기(70)안의 길이 방향으로 뻗친 구멍은 상부에선 봉(76)과 하부에선 봉(78)에 의해 정의된다. 봉(76,78)은 끝판(77,79)과 중간지지판(도시되어 있지 않음)에 묶이는데 이들 모두는 반원형으로 웨이퍼와 형행하다. 이와 비슷하게 봉(78)은 끝판(81,83)과 묶여있다. 따라서 용기(70)는 두쪽으로 구성된다. 끝판(77,79)에 붙은 봉(76)을 포함하는 위반쪽은 끝판(81,83)에 붙은 봉(78)을 포함하는 아래반쪽으로부터 제거될 수 있어 웨이퍼를 그 안에 답을 수 있다. 제3도에서 평행측벽(72,74)은 용기(70)의 외부표면으로부터 외측접선 방향으로 뻗쳐 그 모서리(73,75)가 수정관(10)의 바닥(90)과 접하는 봉(86,88)에 접한다. 용기(70)는 수정으로 만들어 그 열에 견딜 수 있고 낮은 열팽창 계수를 갖는다. 이와 같은 특성을 갖는 다른 재료를 이용할 수도 있다.

또 다른 웨이퍼 지지장치는 길이 방향 구멍이 양철통 외벽 사이에서 절단된 원통형 양철통으로 구성할 수도 있다.

수정관(10)의 바닥(90), 용기(70)의 하부, 측벽(72,74)으로 정해지는 영역은 용기(70) 내에 보유된 평행 웨이퍼 아래에 있는 제한된 영역(79)이다.

제3도에서 전형적인 실리콘 웨이퍼(92)는 길이방향의 가이드레일(97)의 노치(96)에 있으므로 용기(70)의 세로측 방향에 수직으로 직립한다. 또한 제3도는 반응가스가 들어오는 홈(60,62)이 있는 수정도관(46,56)의 단면도이다. 긴 홈(60,62)은 가스를 수직상방의 가스장막으로서 웨이퍼 밑의 국한된 영역(79) 안으로 향하게 한다.

본 예는 비록 용기(70) 안의 웨이퍼 배열아래 위치한 국한된 영역(79)을 보여주고 가스가 수직 상방으로 흐르도록 넣어 주지만 만약 영역(79)으로 들어오는 가스가 웨이퍼 사이의 영역을 통해 웨이퍼에 평행하게 웨이퍼 배열의 다른 쪽으로 흐르게 된다면 수정관(10) 안의 영역(79)의 위치에 관계없이 본 고안은 똑같은 기능을 할 것이다.

실리콘 웨이퍼에 얇은 필름이 증착되는 공정중 각 성분의 기능을 고려하면 본 장치를 더 잘 이해 할 수 있다. 위 반쪽을 들어내고 웨이퍼를 가이드레일(79)의 노치에 삽입하므로써 웨이퍼가 먼저 용기(70)안에 자리 잡는다. 이렇게 자리잡은 웨이퍼는 제2도와 같이 용기(70)안에서 평행하며 일정거리 떨어져 있다. 용기(70)의 위 부분이 원위치하고 용기(70)는 경첩문(20)을 통해 수정관(10)안으로 삽입된다.

용기안에 지지된 웨이퍼가 있는 용기(70)는 수정관(10)의 바닥(90)에 위치하고 측벽(72,74)과 연결된 봉(86,88)은 수정관 바닥(90)에 접한다. 용기(70)는 수정관(10) 내에 충분히 삽입되어 도관(46)(56)의 홈(60)(62) 위에 놓인다. 경첩문(20)이 닫히고 경첩문(20)과 수정관(10)사이의 밀봉은 고무가스켓(표시되어 있지 않음)으로 유지되며, 수정관(10)은 관내의 압력을 대기압 이하로 유지시키는 진공펌프(12) 작동으로 진공이 된다. 실리콘 웨이퍼의 온도는 가열소자(16)에 연결된 온도 조절기(18)에 의해 선택되며, 가열소자는 수정관(10)의 벽을 통해 복사열을 내부로 공급함으로서 웨이퍼 온도가 상승한다. "평평한" 온도구배가 온도 조절기(18)에서 선택되어 웨이퍼 배열의 각 웨이퍼가 같은 온도가 되도록 가열한다. 반응가스의 유량은 프로그램식 유량제어기(61)에 의해 선택되며, 만약 두 반응가스가 필요하면 두 가스에 대해 희망하는 유속이 된다.

집적회로의 유전고립층으로서 실리콘 웨이퍼에 이산화규소가 증착될 때 탱크(30)에서의 제1반응 기체는 실란(silane)이고 탱크(32)에서의 제2반응가스는 산소(Ｏ₂)이다. 변환기/밸브(38,52)에 연결된 프로그램식 유량제어기(61)는 실란과 산소의 유량비가 미리 정해지도록 프로그램된다. 공정중 미리 정해진 유량이 변환기/밸브(38,52)에 의해 유지된다. 이 공정은 가스탱크(30,32)로부터 가스를 밸브(40,54)를 통해 반대끝 수정도관(46,56)으로 흐르게 하는 유량제어기(61)에 의해 자동적으로 작동된다. 밸브(40,54)가 조절되어 가스가 도관(46,56)의 양끝을 향해 동일한 유량으로 흐르게 한다. 따라서 흐름은 실란의 경우 관(42,44)으로 산소의 경우 관(55,57)으로 각기 흐르게 된다. 실란은 수정도관(46)의 홈(60)에 이를 때까지 수정도관(46)의 양쪽에서 관(42,44)을 지나며 그후 수직방향의 가스장막으로서 수정관(10)에 들어간다. 비슷한 방법으로 탱크(32)로 부터의 산소가스는 밸브(54)에 의해 두 경로로 분리되어 홈(62)을 통해 실리콘 웨이퍼에 평행하게 수직상방으로 올 때까지 양쪽에서 수정도관(56)으로 들어온다. 홈(60,62)의 폭은 대개 0.005인치와 0.02인치 사이이다. 물론 홈폭이 가스의 유량과 이에 따른 필름증착 속도에 영향을 미치므로 일단 폭이 정해지면 변환기/밸브(38,52)를 적절히 설정하기 위해 시험을 행한다. 특히 가스가 수정관(10)내로 들어올 때 진공펌프(12)는 즉시 수정관(10)을 진공으로 하여 관내의 압력을 대기압 이하로 유지해야 한다. 동시에 웨이퍼의 온도를 미리 정한 값으로 상승시키기 위해 수정관(10)벽을 통해 복사열을 주는 가열소자(16)에 의해 실리콘 웨이퍼가 가열된다.

가스의 초기유량을 정하는데 있어서 최적유량과 필름증착의 균일성에 도달하도록 수정관(10)내압력, 실리콘 웨이퍼온도, 밸브(40,54)의 설정시험을 행한다.

제2도 및 3도에서 홈(6,62)을 나온 후 국한된 영역(79)에서의 가스흐름을 잘 이해할 수 있다. 실란과 산소가 홈(60,62)을 나오며 가스는 용기(70)의 바닥 특허봉(78)의 수직방향의 가스 장막으로 들어온다. 수정관(10)내가 거의 진공이므로 홈(60,62)을 나오자마자 가스는 급히 국한영역(70)내에서 팽창된다. 홈으로부터 초기속도를 가지고 주입되는 가스는 웨이퍼 아래의 봉(78)과 접촉한다. 가스가 봉(78)과 접촉할 때 흐름은 다양하게 변환되며 난류가 생겨난다. 가스는 봉(78)주위를 통과하여 웨이퍼폭 전체에 걸쳐 분산된다. 난류가 생기고 가스가 분산될 때 실란과 산소는 서로 접촉하여 화학반응을 일으켜 웨이퍼(92)에 얇은 필름으로 증착되는 이산화규소가 만들어진다. 봉(78)에 의해 웨이퍼폭 전체에 걸쳐 흐름이 넓게 분산됨으로서 웨이퍼 표면에서의 증착속도가 균일화된다. 제3도에서 봉(78)을 통과하는 가스는 인접한 웨이퍼 사이를, 끝웨이퍼 경우는 끝웨이퍼와 용기(70)의 끝벽(77,81,79,83) 사이를 흐르게 된다. 용기(70)내의 수평흐름은 끝벽과 웨이퍼때문에 방지된다. 양쪽에서 가스가 도관(46,56)으로 들어오므로 인접한 웨이퍼사이의 국소화된 체적유량이 동등하게 유지된다. 밸브(40,54)는 가스탱크에서 도관(45,56)의 반대편까지 통로 길이가 서로 다른 것을 보상하기 위해 쓰이며, 웨이퍼 사이에 국소화된 유속을 최적화하기 위해 도관 반대편에서 들어오는 가스의 부피를 "양호하게 조정"하기 위한 것이다.

이것이 인접한 웨이퍼 사이의 동등하게 국소화된 유량을 유지하는 것이며, 다른 끝은 봉한 채 도관(46,56)의 한쪽끝으로부터 가스를 주입하는 것도 본 고안에 포함된다. 다른 대안으로서 끝으로 갈수록 가는 홈이 도관(46,56)에 쓰여 가스장막의 폭이 홈을 따라 거리별로 다르며 이에 따라 홈에 따른 가스방출속도의 변화를 보상한다.

본 고안 범위에 속하는 다른 방법은 인접한 웨이퍼 사이의 공간과 일치되도록 도관(46,56)을 따라 여러개의 오리피스를 배열한다. 상기 두 대안에서 경사진 홈과 오리피스의 크기가 변환기/밸브(38,52)에서의 가스유량을 결정하며 바라는 필름증착 속도를 얻게 된다.

기체가 국한된 영역(79), 특히 측벽(72,74)(제3도 참조) 밖으로 지나는 것이 방지되므로 종래의 공정보다 더 적은 양의 반응가스가 필요한데 이는 국소량의 반응가스가 먼저 실리콘 웨이퍼와의 접촉없이 수정관(10)으로부터 비워지기 때문이다.

웨이퍼에 이산화규소 필름을 증착하기 위해 가스들이 화학반응을 할때 미반응가스와 화학반응 배기가스는 웨이퍼 사이에서 수직상방으로 용기(70)의 상부를 지나 봉(76)과 접촉한다. 봉(76)은 또 다른 난류에 웨이퍼상부에서 만들어 가스 흐름을 방해함으로써 웨이퍼를 통한 가스에 균일한 분산을 부여하는 역류를 일으킨다. 가스가 웨이퍼를 지나고 봉(76)사이의 구멍들 사이를 지난후 미반응가스와 배기가스는 용기(70)에서 부터 용기(70)와 수정관(10) 상부사이의 영역을 통과한다.

미반응가스와 배기가스는 진공펌프(12)에 의해 비워지면 용기(70)위에서 수평방향으로 수정관(10)의 출구(14)쪽으로 흐른다.

유전 절연층과 같은 이산화규소 증착공정을 더 잘 이해하기 위해 전형적인 운전이 여러 매개변수값에 대해 특허 중점을 두어 설명된 것이다. 전형적으로 수정관(10)내의 압력은 약 400-500미크론으로 유지되며 웨이퍼는 약 400-500℃까지 가열된다. 실란은 분단 약 50㎤/분 유속으로 들어오며, 산소는125㎤/분 유속으로 들어온다. 이 예에서 홈은 0.01인치의 일정폭을 갖는다. 이러한 압력, 온도, 가스 유속에서 상기 공정은 각 웨이퍼 사이에서 ±2%의 필름두께의 균일성을 유지하면서 400Å/분의 이산화규소 증착속도를 나타낸다.

위 공정중 첨가제 가스의 유입이 필요할 경우 예를 들어 분해에 대한 저항력을 가진 이사산화규소 필름을 증착시키거나 가스를 더 쉽게 흐르게 하기 위해서 수정관(10)내로 제2반응가스가 들어오기 전에 인화수소(pH₃)같은 첨가제 가스가 산소같은 제2반응가스와 혼합된다. 프로그램식 유량제어기(61)는 변환기/밸브(64)를 제어하여 경험전으로 미리 결정된 산소와 인화수소의 최적유속과 중량비를 따라 인화수소가 산소와 혼합되도록 한다.

이 공정이 실리콘 웨이퍼에 유전절연층으로서의 이산화규소의 얇은 필름증착에 관한 것이나 수많은 다른 형태의 얇은 필름도 똑같이 웨이퍼사이에서 똑같은 필름두께의 균일성을 가지며 석출될 수 있다. 예를 들어 이 염화실란(SiH₂Cl₂)과 산화질소(N₂O)를 유입하고 웨이퍼온도를 850-950℃ 범위로 유지함으로써 웨이퍼의 초기절연산화물층으로서의 이산화규소 증착을 가져온다. 또한 웨이퍼가 약 800℃ 범위에 유지된 채 실란만 들어오면 폴리실리콘의 얇은 필름이 증착되며 이것은 침입층과 유전절연층으로 많이 쓰인다. 질화규소가 첨가된 폴리실리콘도 증착될 수 있는 다른 예이다.

본 고안은 집적회로 제조에 있어 실리콘 웨이퍼에 얇은 필름의 증착을 위한 개선된 장치에 관한 것이다. 반응가스가 웨이퍼의 전체폭을 통해 분산되기 전, 반응가스가 웨이퍼와 평행하게 실리콘 웨이퍼의 근접한 곳으로 들어오므로 증가된 증착속도와 각 웨이퍼 안에서 더 나은 필름두께의 균일성을 기할 수 있다. 또한 인접한 웨이퍼사이의 극소화된 체적유량이 같으므로 필름증착속도와 웨이퍼간의 필름두께의 균일성이 또한 개선된다. 반응가스가 웨이퍼 배열 한쪽의 국한된 영역으로 들어와서 웨이퍼 사이를 평행하게 흐르므로 더 적은 반응가스가 필요하며 운반가스의 사용이 필요없고 따라서 공정에 쓰이는 에너지양이 최소화된다.

Claims (1)

1. 실리콘 웨이퍼에 얇은 필름을 증착시키기 위한 것으로서, 한쪽끝에 출구(14)를 갖추고 있는 수평방향의 긴 수정관(10)과 수정관 내부에서 실리콘 웨이퍼(92)를 수정관(10)의 길이축에 수직한 방향으로 일정간격 평행하게 지지하며, 그 외부표면 주위에 일정 간격으로 길이방향 개구가 다수 형성되어 가스가 통과하고, 또한 그 외부표면 양쪽에서 접선방향으로 뻗어있는 두개의 평행측벽(72,74)을 갖추고 있어 평행측벽의 외측모서리(73,75)에 의해 수정관(10)내부에 지지되는 동시에 수정관의 바닥과 측벽에 의해 한정된 영역(79)이 정의되는 실린더형 웨이퍼용기(70)와 수정관(10)의 벽을 통해 삽입되어 웨이퍼용기(70)의 밑의 한정된 영역(79)에 위치하며, 웨이퍼 배열의 길이를 따라 길쭉한 홈(60,62) 형성되어 있음으로서 공급된 가스가 수직상향의 가스장막으로서 방출되는 동시에 웨이퍼 용기의 원주상의 일정간격 길이방향 개구에 하나의 수평도관(46,56)과 상기 도관(46,56)에 연결되어 도관의 양쪽끝에서 가스를 주입시키며, 인접한 웨이퍼간에 국소화된 체적유량을 일정하게 하고, 도관의 양쪽 끝으로 흐르는 유량을 제어하는 수단(61,38,40,52,54,64)과 수정관(10) 외부에서 수정관(10)내부의 웨이퍼를 가열시키며, 웨이퍼 배열 전체에 걸친 온도를 사전에 정해진 온도분포로 유지시키기 위한 웨이퍼 가열수단(16,18)과 수정관의 출구(14)에 연결되어 미반응가스 및 배기가스를 수정관(10)으로부터 방출시키며, 수정관(10)내부의 압력을 대기압 이하로 유지시키는 진공펌프(12)로 구성된 실리콘 웨이퍼의 화학적 필름 증착장치.