KR950007250Y1 - Two-hot-zone low pressure chemical deposition apparatus - Google Patents
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Abstract
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Description
제1a도 및 제1b도는 종래 기술에 따른 화학기상증착 장치를 나타내는 단면도 및 그에 따른 온도분포를 나타내는 도.1a and 1b are a cross-sectional view showing a chemical vapor deposition apparatus according to the prior art and the temperature distribution accordingly.
제2a도 및 제2b도는 본 고안에 따른 투-핫-존 화학기상증착 장치를 나타내는 단면도 및 그에 따른 온도분포를 나타내는 도.2a and 2b is a cross-sectional view showing a two-hot-zone chemical vapor deposition apparatus according to the present invention and a diagram showing the temperature distribution accordingly.
제3a도 내지 제3c도는 본 고안에 따른 BPSG 막의 증착 및 열처리 형상을 나타내는 단면도이다.3a to 3c are cross-sectional views showing the deposition and heat treatment shapes of the BPSG film according to the present invention.
[산업상의 이용분야][Industrial use]
본 고안은 화학기상증착(CVD:CHEMICAL VAPOR DEPOSITION) 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 제조 공정에서의 절연막 증착 및 열처리(REFLOW) 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a chemical vapor deposition (CVD) device, and more particularly to an insulating film deposition and heat treatment (REFLOW) device in the semiconductor manufacturing process.
[종래기술 및 문제점][Prior Art and Problem]
화학기상증착 장치(CVD)는 화학 반응을 수반하는 기상 성장을 뜻하는 것으로 기상속의 열분해, 가수분해, 산화 등의 화학반응을 이용하여 기판에 단결정 반도체(에피텍셜 성장이라고 한다)나 절연막(SiO2, Si3N4, Al2O3)을 성정시키는 방법으로 반도체의 프로세스 기술에 없어서는 안되는 것이다.Chemical Vapor Deposition (CVD) refers to gas phase growth accompanied by chemical reactions. Chemical vapor deposition, such as thermal decomposition, hydrolysis, and oxidation in a gas phase, may be used to form a single crystal semiconductor (called epitaxial growth) or an insulating film (SiO 2). , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 ) is indispensable in the process technology of semiconductors.
상기 장치는 특정의 반응기체들을 반응용기 속에 계속 투입하면서 적절한 조건(예컨데, 온도 압력조절등)을 유지시켜 주면 고체상의 물질이 생성되어 가공하고자 하는 물체위에 내려 쌓이게(증착)되는 현상을 이용하여 반도체 가공공정에 필요한 물질의 막을 웨이퍼 위에 증착 시키는 장치이다.The device uses semiconductor phenomena to keep certain reactors in the reaction vessel while maintaining the proper conditions (eg, temperature and pressure control) to produce solid materials and deposit them on the object to be processed (deposition). It is a device that deposits a film of material necessary for processing on wafer.
이때의 증착반응은 일반적으로 기판위에 유지되는 온도 및 그에 따른 열적 에너지에 의하여 진행되나, 때로는 전기장에 의한 플라즈마(PECVD) 또는 자외선에 의한 빛 에너지(PVD)등의 상승작용에 의하여 촉진되기도 한다.In this case, the deposition reaction is generally progressed by the temperature maintained on the substrate and the resulting thermal energy, but is sometimes promoted by synergy such as plasma by electric field (PECVD) or ultraviolet light (PVD).
상기 기술은 최근 반도체 산업에 적용되어 매우 빠른 속도로 진보되고 있는데 이것은 에피텍시 층을 이용한 반도체 제조공정의 개발과 양질의 다결정 실리콘, 질화 실리콘 그리고 산화 실리콘 등을 적은 비용으로 대량 생산공정에 적용하기 위한 노력 및 보호막(PASSIVATION)용 산화막 또는 질화 실리콘을 낮은 온도에서 증착시켜야 할 필요성 등에 의해 널리 이용되고 있기 때문이다.This technology has recently been applied to the semiconductor industry and is rapidly advancing. The development of semiconductor manufacturing processes using epitaxial layers and the application of high quality polycrystalline silicon, silicon nitride and silicon oxide to mass production processes at low cost This is because it is widely used due to the effort and the necessity of depositing an oxide film or silicon nitride for a passivation at a low temperature.
이러한 화학기상증착 장치는 온도범위, 증착압력, 반응용기의 구조 및 반응용기벽의 온도와 에너지원 그리고 증착막의 종류 및 반응기체의 종류등에 따라 여러 가지로 분류할 수 있는데 본 고안에서는 저압증착을 중심으로 설명하고자 한다.Such chemical vapor deposition apparatus can be classified into various types according to temperature range, deposition pressure, structure of reaction vessel, temperature and energy source of reaction vessel wall, type of deposition film, and type of reactor. I will explain.
반도체 공정에 이용되는 화학기상증착은 기체상태의 화합물을 분해한 후 화학적 반응에 의해 반도체 기판위에 박막이나 에피층을 형성하는 공정으로서, 특히 저압 화학기상증착은 웨이퍼의 용량이 크고, 사용되는 기체의 양을 감소시킬 수 있으며, RF 전력에 의한 유도가열이 간단한 저항가열로 바뀌어지기 때문에 시스템이 저렴하다는 이점을 갖는다.Chemical vapor deposition used in the semiconductor process is a process of forming a thin film or epitaxial layer on the semiconductor substrate by chemical reaction after decomposing the gaseous compound, in particular low pressure chemical vapor deposition has a large capacity of the wafer, The amount can be reduced, and the system is inexpensive because the induction heating by the RF power is changed to simple resistance heating.
일반적으로 저압 증착은 밀폐된 반응용기에 진공펌프로 계속 배기시키면서 일정량의(30-300cc/min) 반응 물질을 반응용기 속으로 흘려주면 반응용기 내에는 저압이 유지되어 이때 웨이퍼를 적당한 온도로 유지시켜주면 반응물질의 화학반응에 의하여 일정속도로 증착이 일어나게 된다.In general, low pressure deposition keeps the wafer at an appropriate temperature by keeping a low pressure in the reaction vessel by flowing a certain amount (30-300 cc / min) of reaction material into the reaction vessel while continuously evacuating the sealed reaction vessel with a vacuum pump. Mainly, deposition occurs at a constant rate due to the chemical reaction of the reactants.
상기 저압 증착장치의 가장 큰 특징은 증착될 때 반응용기의 압력(증착압력)이 200∼7000mTorr로 저압이라는 것과 단순한 열 에너지에 의하여 반응이 진행된다는 점에 있다. 이 증착장치의 장점으로는 증착막의 균일도 및 스텝커버리지(STEP COVERAGE)가 좋으며 양질의 증착막을 한꺼번에 많은 량의 웨이퍼(50-200장)위에 증착할 수 있으므로 생산원가가 낮은 공정을 가능하게 한다는 점이다.The main feature of the low pressure deposition apparatus is that the pressure of the reaction vessel (deposition pressure) is 200 to 7000 mTorr at the low pressure, and that the reaction proceeds by simple thermal energy. The advantage of this deposition apparatus is that the uniformity and step coverage of the deposited film is good, and the high quality deposited film can be deposited on a large amount of wafers (50-200 sheets) at a time, thus enabling a low-cost process. .
가장 널리 쓰이고 있는 저압을 이용한 화학증착 장치로서 증착시킬 수 있는 물질막의 종류로는 다결정 실리콘, 질화 규소막, 산화막 등을 들 수 있으며, 양질의 물질막을 증착시키기 위한 조건으로는 적당한 온도와 증착 속도 그리고 주입되는 반응기체의 혼합비 등을 들 수 있다.As the most widely used low pressure chemical vapor deposition apparatus, the types of material films that can be deposited include polycrystalline silicon, silicon nitride films, and oxide films. The conditions for depositing high quality material films include appropriate temperature, deposition rate, and the like. The mixing ratio of the injected reactor body, etc. are mentioned.
상기 증착법에 의한 화학증착반응은 반응기체가 기체 영역에서부터 경계영역(부생성기체)을 통과하여 웨이퍼 표면에 도달하면 이표면에 도달한 반응기체가 화학반응을 일으켜서 증착이 진행된다.In the chemical vapor deposition reaction by the vapor deposition method, when the reaction gas reaches the wafer surface through the boundary region (by-product gas) from the gas region, the reaction gas reaches the surface of the reaction gas and the deposition proceeds.
그 결과, 전체압력이 높을때는 기체분자 간의 충돌에 의하여 기체분자의 확산능력은 저하되며, 압력이 낮아질수록 기체분자의 밀도가 감소되므로 확산능력은 점차 증가하여 저압 측정장치의 증착압력(200∼7000mTorr)에서는 대기압일때와 비교하여 약 1000배 정도에 달하는 확산능력을 가지게 된다.As a result, when the total pressure is high, the diffusion capacity of the gas molecules decreases due to the collision between the gas molecules, and as the pressure decreases, the density of the gas molecules decreases, so that the diffusion capacity gradually increases and the deposition pressure (200 to 7000 mTorr) of the low pressure measuring device is increased. ) Has a diffusion capacity of about 1000 times that of atmospheric pressure.
이러한 이론적인 고려를 통하여 저압 증착로의 공정변수들은 온도 및 압력 그리고 증착로의 모양등 임을 알 수 있으며 또한 저압에 따른 기체 확산속도의 증가는 증착막 균일도와 스텝커버레지에 크게 기여함을 알 수 있다.Through these theoretical considerations, it can be seen that the process variables for low pressure deposition are the temperature, pressure, and shape of the deposition furnace. Also, the increase of gas diffusion rate due to low pressure contributes to the deposition film uniformity and step coverage. .
저압 증착로에서 생성되는 물질막의 성질은 증착될 시료의 표면상태와 각 증착변수들(온도, 압력 등) 및 물질 그 자체의 고유하 성질에 따라서 상당한 차이가 있으며 상기 저압 화학기상증착 장치의 반응 용기는 일반적으로 저온 용기벽(COLD WALL)형과 고온 용기벽(HOT WALL) 형으로 크게 나눌 수 있다.The properties of the material film produced in the low pressure deposition furnace vary considerably depending on the surface condition of the sample to be deposited, the deposition variables (temperature, pressure, etc.) and the intrinsic properties of the material itself. In general, can be largely divided into a cold wall (Hold wall) type and a hot wall (Hot wall) type.
상기 저온 용기벽형은 유도 전자기 가열 또는 복사 가열방식으로 기판을 가열하며 반응 용기벽에는 증착반응이 진행되지 않도록 냉각수를 순화시켜준다. 이러한 리엑터들은 크기가 작고 여러 가지 형태로의 반응용기 변환기 가능하기 때문에 연구 개발용으로 많이 사용되나 한꺼번에 많은 양의 웨이퍼를 로딩할 수없고 제작비가 비싸기 때문에 반도체의 대량생산으로는 부적당하다.The low temperature vessel wall type heats the substrate by an induction electromagnetic heating or radiation heating method and purifies the coolant so that the deposition reaction does not proceed on the reaction vessel wall. These reactors are often used for research and development because of their small size and various types of reaction vessel converters, but they are not suitable for mass production of semiconductors because they cannot load a large amount of wafers at once and are expensive to manufacture.
반면 고온 용기벽형은 단순한 저항가열로 방식을 사용하며 제작비가 싸기 때문에 반도체의 대량 생산용으로는 가장 널리 쓰이고 있다. 웨이퍼는 보트축과 수직이되게 일정한 간격으로 여러장을 겹쳐 놓을 수 있으므로 로딩 용량이 매우 증가되어 100-200장의 웨이퍼를 한번의 증착공정으로 처리할 수 있다. 이때 반응기체는 튜브의 입구로부터 주입되며 그 주입량(0∼5SLM)은 질량 조절 장치(MFC)에 의해 정확히 조절된다. 진공펌프는 증착 공정이 진행되는 동안 계속 열려있으므로 주입된 반응기체는 튜브내에 주어진 온도와 진공펌프의 용량 및 배기구조에 의하여 결정되는 일정한 압력(200∼7000mTorr)을 유지하게 된다.On the other hand, high temperature container wall type is the most widely used for mass production of semiconductors because it uses simple resistance heating method and its manufacturing cost is low. Since the wafers can be stacked several times at regular intervals perpendicular to the boat axis, the loading capacity is increased so that 100-200 wafers can be processed in one deposition process. At this time, the reactor body is injected from the inlet of the tube and the injection amount (0-5 SLM) is precisely controlled by the mass control device (MFC). Since the vacuum pump is kept open during the deposition process, the injected reactor body maintains a constant pressure (200 to 7000 mTorr) determined by a given temperature in the tube, the capacity of the vacuum pump, and the exhaust structure.
이때 주어진 각 반응 기체의 부분 압력 및 온도에 의하여 증착반응은 진행되고 미반응 기체 및 부생성물은 진공펌프에 의하여 배기되며, 이와 같은 상황은 증착공정이 진행되는 동안 동적 평형상태를 유지하게 된다.At this time, the deposition reaction proceeds according to the partial pressure and temperature of each given reaction gas, and the unreacted gas and by-products are evacuated by the vacuum pump. Such a situation maintains a dynamic equilibrium during the deposition process.
이러한 저압 증착 시스템의 반도체 제조공정에의 적용은 양질의 물질막 증착과 증착속도의 손쉬운 조절, 밀폐된 반응로에서 저압으로 반응을 시키므로 안전, 청결하며 간편한 작동방법등과 함께 많은 양의 웨이퍼를 한꺼번에 가공함으로써 생기는 경제적인 잇점등은 이 시스템의 커다란 장점이 되고 있으나 증착로 속의 모든 부분에 증착이 일어나므로 튜브나 패들의 손상이 크며 로딩효과라고 불리는 저압 증착로의 독특한 현상이 나타내는 단점 또한 있다.Application of this low pressure deposition system to the semiconductor manufacturing process enables high quality material film deposition, easy control of the deposition rate, and low-pressure reactions in a closed reactor, so that a large amount of wafers can be combined with safety, clean, and simple operation. The economical benefits of machining have been a major advantage of this system, but the deposition takes place in all parts of the system, which results in large damage to the tube or paddle and a unique phenomenon of low pressure deposition called the loading effect.
상술한 원리를 참조로하여 제1도에 도시된 종래의 화학기상증착 장치에 대해서 설명하면 아래와 같다.The conventional chemical vapor deposition apparatus shown in FIG. 1 will be described with reference to the above-described principle.
여기서 제1a도는 종래기술에 따른 화학기상증착 장치를 나타내는 단면도를, 제1b도는 그에 따른 온도분포를 도시해놓은 그래프이다.Here, FIG. 1A is a cross-sectional view showing a chemical vapor deposition apparatus according to the prior art, and FIG. 1B is a graph showing a temperature distribution according thereto.
제1a도에 도시된 바와 같이 종래의 저압 화학기상증착 장치는 도어 플레이트(DOOR PLATE)(12)상에 상기 도어 플레이트(12)보다 작은 직경의 윗면이 둥근 형상을 갖춘 석영 튜브(QUARTZ TUBE)(3)와, 상기 석영튜브(3)의 좌우 외측 상부에 소정 간격을 띄우고 형성된 히터(HEATER)(14)와, 상기 히터(14)하부에 상기도어 플레이트(12)의 직경과 같도록 석영튜브(3)가 형성된 좌우 외측에 면접촉하며 하단이 상기 도어 플레이트(12)상에 부착된 매니 포울드(manifold)(5) 및 상기 도어 플레이트(12) 하단에 위치한 이송기구에 의해 전후진하는 로더(13')에 연결되어 튜브내로 진입이 가능하도록 구성된 웨이퍼가 실려있는 보오트(13)로 구성됨을 알 수 있다.As shown in FIG. 1A, a conventional low pressure chemical vapor deposition apparatus has a quartz tube (QUARTZ TUBE) having a rounded upper surface of a diameter smaller than the door plate 12 on a door plate 12. 3) and a heater 14 formed at a predetermined interval on the upper left and right outer sides of the quartz tube 3, and a quartz tube (below the heater 14 equal to the diameter of the door plate 12). 3) a loader which is in surface contact with the left and right outer sides of which the lower surface is formed and moves forward and backward by a manifold 5 attached to the door plate 12 and a transfer mechanism located at the lower end of the door plate 12 ( It can be seen that it is composed of a boat (13) carrying a wafer connected to 13 ') and configured to enter the tube.
이러한 종래의 저압 화학기상증착(LOW PRESSURE CHEMICAL VAPOR DEPOSITION)장치는 상술한 구성에서 알 수 있듯이 하나의 히터(14)를 사용하여 반응로 전체에 걸쳐서 동일한 온도를 유지하므로, 동일한 막질을 증착하도록 되어 있다. 따라서 하나의 반응로에서 한종류의 막질 밖에는 침적이 불가능하며, 종래의 RTA(RAPID THERMAL ANNEAL) 설비는 램프(LAMP)가열방식으로 수십초내에 급격히 온도를 올리는 방식을 사용하므로 반응로내의 온도 균일성이 나쁘게 된다.This conventional LOW PRESSURE CHEMICAL VAPOR DEPOSITION device uses a single heater 14 to maintain the same temperature throughout the reactor, as shown in the above configuration, so that the same film quality is deposited. . Therefore, it is impossible to deposit only one type of membrane in one reactor, and the conventional RTA (RAPID THERMAL ANNEAL) facility uses a lamp heating method that raises the temperature rapidly within tens of seconds. This becomes bad.
이때 반응기체는 석영 튜브(3)의 입구 즉, 매니 포울드(5)로부터 주입되며 그 주입량은 질량조절 장치에 의해 정확히 조절된다.At this time, the reactor body is injected from the inlet of the quartz tube 3, that is, the manifold 5, and the injection amount thereof is precisely controlled by the mass control device.
진공펌프는 증착공정이 진행되는 동안 계속 열려있으므로 주입된 반응기체는 튜브(3)내에 주어진 온도와 진공펌프의 용량 및 배기구조에 의하여 결정되는 일정한 압력을 유지하게 되는데, 통상적으로 상기 부스터 펌프(BOOSTER PUMP)(10)는 챔버에 1/1000mTorr 정도의 진공을 형성시켜주며, 로타리 펌프(ROTARY PUMP)(11)는 수백mTorr 정도의 진공을 만들어준다.Since the vacuum pump is kept open during the deposition process, the injected reactor body maintains a constant pressure determined by a given temperature in the tube 3, the capacity of the vacuum pump, and the exhaust structure. The booster pump (BOOSTER) PUMP) 10 forms a vacuum of about 1/1000 mTorr in the chamber, and a rotary pump 11 creates a vacuum of several hundred mTorr.
이때 주어진 각 반응 기체의 부분 압력 및 온도에 의하여 증착반응은 진행되고 미반응 기체 및 부생성물은 진공펌프에 의하여 배기되며, 그 결과 절연막이 증착되고 이와 같은 상황은 증착공정이 진행되는 동안 동적 평형 상태를 유지하게 된다.At this time, the deposition reaction proceeds according to the partial pressure and temperature of each reaction gas, and the unreacted gas and by-products are evacuated by the vacuum pump. As a result, an insulating film is deposited and such a situation is dynamic equilibrium during the deposition process. Will be maintained.
상술한 원리에 의하여 증착된 절연막은 하나의 반응로에서 한종류의 막을 침적하므로 생산성이 떨어지게 되고, 또한 증착된 상기 절연막의 열처리 방식시 램프 가열방식을 채택함으로 인해 온도 균일성이 떨어지는 문제점이 있었다.The insulating film deposited according to the above-described principle has a problem in that productivity is decreased because one type of film is deposited in one reactor, and temperature uniformity is inferior due to the adoption of a lamp heating method in the heat treatment method of the deposited insulating film.
[고안의 목적][Purpose of designation]
이에 본 고안은 상기와 같은 점을 감안하여 이루어진 것으로, 반응로의 상부에 800-1000℃를 유지할 수 있는 상부히터와, 상기 반응로의 하부에 500-750℃의 온도를 유지할 수 있는 하부히터 및 상기 상부히터와 하부히터 사이에 단열재를 사용한 단열층을 형성시키므로써 증착공정과 열처리 공정을 한반응로에서 대기노출 없이 연속적으로 할 수 있도록 하고, 또한 종래 RTA의 램프 가열 방식 대신 고온 용기벽형(HOT WALL) 방식의 RTA를 사용함으로써 온도 균일성을 확보할 수 있는 투-핫-존 저압 화학기상증착 장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is made in view of the above, the upper heater that can maintain 800-1000 ℃ in the upper portion of the reactor, the lower heater that can maintain a temperature of 500-750 ℃ in the lower portion of the reactor and By forming a heat insulating layer using a heat insulating material between the upper heater and the lower heater to enable the deposition process and heat treatment process continuously in the one reactor without exposure to the air, and also hot container wall type (HOT WALL instead of the conventional RTA lamp heating method) It is an object of the present invention to provide a two-hot-zone low pressure chemical vapor deposition apparatus capable of securing temperature uniformity by using a RTA type.
[고안의 효과][Effect of design]
본 고안은 상술한 구성에 의해 반응로내의 온도분포를 고온부(Z1)와 저온부(Z2) 및 천이부(Z3)의 세가지 온도지역으로 구분하여 구성함으로써, 절연막 증착후 대기노출 없이 보오트의 상하이동에 의해 BPSG 막의 열처리를 실시할 수 있게되어 파티클(PARTICLE)의 오염감소 및 흡습을 방지할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있으며 또한 열처리 고온 용기벽형(HOT WALL)즉, 단순한 저항가열로 방식을 사용하므로써 열처리시 웨이퍼상의 온도 균일성이 뛰어나 신뢰성이 향상된다.The present invention is configured by dividing the temperature distribution in the reactor into three temperature zones of the high temperature section (Z1), the low temperature section (Z2), and the transition section (Z3) by the above-described configuration, so as not to cause atmospheric exposure after deposition of the insulating film. The BPSG membrane can be heat treated to prevent contamination and moisture absorption of PARTICLE, thereby improving productivity. Also, by using HOT WALL, that is, simple resistance heating method. Excellent thermal uniformity on the wafer during heat treatment improves reliability.
[실시예]EXAMPLE
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 실시예에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.
제2a도 및 제2b도는 본 고안에 따른 투-핫-존 저압 화학기상증착 장치를 나타내는 단면도 및 그에따른 온도분포를 도시하고 있으며, 제3a도 및 제3c도는 본 고안에 따른 BPSG(BORO PHOSPHOSILICATE GLASS)막(23)의 증착 및 상기 막(23)의 열처리 형상(24)을 도시한 단면도를 나타낸다.2a and 2b show a cross-sectional view showing a two-hot-zone low pressure chemical vapor deposition apparatus according to the present invention and the temperature distribution accordingly, Figures 3a and 3c is a BPSG (BORO PHOSPHOSILICATE GLASS) according to the present invention A cross-sectional view showing the deposition of the film 23 and the heat treatment shape 24 of the film 23 is shown.
먼저, 본 발명의 실시예를 제2a도 및 제2b도에 의해 설명하면 아래와 같다.First, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A and 2B.
제2a도에 도시된 바와 같이 본 고안에 따른 투-핫-존 저압 화학기상증착 장치는 도어 플레이트(12)상에 상기 도어 플레이트(12)보다 작은 직경의 윗면이 둥근 형상을 갖춘 석영 튜브(3)와, 상기 석영 튜브(3)의 좌우 외측 상부에 소정 간격을 띄우고 형성된 상부히터(1)와, 상기 상부히터(1)와 소정 간격을 두고 하단에 위치한 하부히터(2)와, 상기 상부히터(1)와 하부히터(2)사이에 단열재(19)로 형성된 단열층(7)과, 상기 하부히터(2) 하단에 소정 간격을 두고 도어 플레이트(12)의 직경과 같도록 석영 튜브(3)가 형성된 좌우 외측에 면접촉하며 하단이 상기 도어 플레이트(12)상에 부착되어 가스 주입구로 사용되는 메니 포울드(5)와, 상기 석영 튜브(3)의 탑 부분에서 상기 석영튜브(3)의 일측에 원통형으로 길게 연결된 배기라인(9)과, 상기 배기라인(9)의 일측 끝단 상단에 위치한 부스터 펌프(10)와, 상기 배기라인(9)의 끝단에 형성된 로타리 펌프(11) 및 상기 도어 플레이트(12) 하단에 부착된 T자형의 이송기구(20) 내부에 설치되어 있는 인너 마그네트(16) 끝단에 고정된 막대 형상의 로더(21)에 연결되며 상기 석영 튜브(3) 내로 진입이 가능하게 되어 상기 석영 튜브(3) 내에서 전후진이 가능하도록 구성된 웨이퍼가 실려있는 보오트(4)로 구성되어 있다.As shown in FIG. 2a, the two-hot-zone low pressure chemical vapor deposition apparatus according to the present invention is a quartz tube (3) having a rounded top shape with a smaller diameter on the door plate (12) than the door plate (12). ), An upper heater (1) formed at a predetermined interval on the left and right outer sides of the quartz tube (3), a lower heater (2) located at a lower end at a predetermined interval from the upper heater (1), and the upper heater The heat insulation layer 7 formed of the heat insulating material 19 between the 1 and the lower heater 2, and the quartz tube 3 to be equal to the diameter of the door plate 12 with a predetermined interval at the bottom of the lower heater 2. Is formed on the door plate 12 and has a bottom surface attached to the left and right outer surfaces of the quartz tube 3 at a top portion of the quartz tube 3. Exhaust line 9 is connected in a cylindrical shape on one side and the upper end of one end of the exhaust line (9) Inner magnet installed in the booster pump 10 located in the inner side, the rotary pump 11 formed at the end of the exhaust line 9 and the T-shaped transfer mechanism 20 attached to the bottom of the door plate 12. (16) A boat (4) carrying a wafer connected to a rod-shaped loader (21) fixed at the end and configured to be able to enter into the quartz tube (3) to be able to move back and forth in the quartz tube (3). It consists of).
이러한 본 고안에 따른 투-핫-존 저압 화학기상증착 장치의 특징부는 상술한 설명에서 제시된 반응로의 히터(HEATER) 구성을 들 수 있다.A feature of the two-hot-zone low pressure chemical vapor deposition apparatus according to the present invention is a heater configuration of the reactor presented in the above description.
본 고안에서 제시된 반응로의 히터구성을 간략하게 설명하면, 반응로의 상부에 800-1000℃를 유지할 수 있는 저항 가열식 히터(1)가 설치되어 있고, 반응로의 하부에는 500-750℃의 온도를 유지할 수 있는 히터(2)가 설치되며, 상기 상부히터(1)와 하부히터(2) 사이에는 단열재(19)를 사용한 단열층(7)이 형성되어 있다.Briefly explaining the heater configuration of the reactor proposed in the present invention, a resistance heating heater (1) that can maintain 800-1000 ℃ is installed at the top of the reactor, the lower portion of the reactor temperature of 500-750 ℃ A heater 2 capable of maintaining the pressure is provided, and a heat insulating layer 7 using the heat insulating material 19 is formed between the upper heater 1 and the lower heater 2.
다음으로 상기 반응로 내의 온도분포 및 동작을 제2b도를 참조로하여 설명한다.Next, the temperature distribution and operation in the reactor are described with reference to FIG. 2b.
제2b도에 도시된 바와 같이 반응로 내의 온도분포는 크게 고온부(Z1)와 저온부(Z2) 및 천이부(Z3)의 세가지 온도지역으로 나누어짐을 알 수 있으며, 이에 따른 동작을 간략하게 설명하면, 먼저 보우트(4)를 저온부에 위치 시킨후 부스터 펌프(BOOSTER PUMP)(10)와 로타리 펌프(ROTARY PUMP)(11)로 수mTorr의 진공을 유지한 다음 메니포울드(5)를 통하여 TEOS, TMB 및 TMOP 가스를 주입하여 0.5∼5Torr 정도의 압력에서 BPSG막(23)을 형성하고, 곧바로 고온부로 제1 및 제2리프터(LIFTER)(17,18)를 사용하여 이동시켜 20mTorr∼760Torr의 압력에서 BPSG 필름을 플로우(FLOW) 시킴으로 인해 절연막 침적후 대기중에 노출됨이 없이 BPSG 필름의 열처리(REFLOW)가 가능하게 된다.As shown in FIG. 2b, it can be seen that the temperature distribution in the reactor is largely divided into three temperature zones of the high temperature portion Z1, the low temperature portion Z2, and the transition portion Z3. First, the bolt (4) is placed in the low temperature part, and then a vacuum of several mTorr is maintained by a booster pump (10) and a rotary pump (ROTARY PUMP) (11), and then TEOS, TMB through the manifold (5). And injecting TMOP gas to form the BPSG film 23 at a pressure of about 0.5 to 5 Torr, and immediately moving to the high temperature part by using the first and second lifters 17 and 18 at a pressure of 20 mTorr to 760 Torr. By flowing the BPSG film, the BPSG film can be heat-treated (REFLOW) without being exposed to the atmosphere after the deposition of the insulating film.
상술한 원리를 기초로 하여 상기 투-핫-존 저압 화학기상증착 장치의 반응로 내에서 대기노출 없이 즉, 진공상태로 절연막을 형성시키는 것과 상기 절연막을 열처리시킴으로 해서 평탄한 형상을 얻을 수 있는 방법을 제1실시예와 제2실시예로 구분하여 설명하고자 한다.On the basis of the above-described principle, a method of forming an insulating film in a reactor of the two-hot-zone low pressure chemical vapor deposition apparatus without atmospheric exposure, that is, in a vacuum state and by heat-treating the insulating film can be obtained. The description will be divided into the first embodiment and the second embodiment.
본 고안에 따른 제1실시예를 제2도 및 제3도에 의해 설명하면, 반응로내의 Z2지역(8)에 보오트(4)를 위치시키고 상기 하부히터(2)의 온도를 620∼750℃로 설정하여 피치 사이즈(PITCH SIZE)가 1.5㎛, 높이가 0.6㎛인 폴리-실리콘 패턴(POLY-SI PATTERN)(22)상에 BPSG막(23)을 증착시키면 제3b도와 같은 패턴을 형성하게 된다. 또한 BPSG막(23) 증착전에 HTO 막을 형성하는 것도 가능하다. 그후, 종착된 상기 BPSG 막(23)이 실린보오트(4)를 다시 Z1지역(6)으로 이동시켜 상부히터(1)의 온도를 830∼900℃로 조정한 뒤, 1-10Torr 또는 상압의 압력, N2분위기에서 30분간 열처리(REFLOW)를 실시하면 제3c도와 같은 평탄화된 BPSG막(24)을 얻을 수 있게 된다. 이때 RTA의 가열방식은 고온 용기벽형(HOT WALL)방식을 채택하고 있는 것에 유의해야 한다.The first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3, where the boat 4 is placed in the zone Z 2 in the reactor and the temperature of the lower heater 2 is 620-750. When the BPSG film 23 is deposited on the poly-silicon pattern 22 having a pitch size of 1.5 占 퐉 and a height of 0.6 占 퐉 by setting to ℃, it forms a pattern as shown in FIG. 3b. do. It is also possible to form an HTO film before deposition of the BPSG film 23. Thereafter, the finished BPSG membrane 23 moves the cylinder boat 4 back to the Z1 region 6 to adjust the temperature of the upper heater 1 to 830 to 900 ° C, and then to 1-10 Torr or atmospheric pressure. If heat treatment is performed for 30 minutes under pressure and N 2 atmosphere, the flattened BPSG film 24 as shown in FIG. 3C can be obtained. At this time, it should be noted that the heating method of the RTA adopts the hot wall method.
상기 고온 용기벽형은 종래의 램프 가열방식 대신 단순한 저항가열로 방식을 사용하는 것으로 제작비가 싸기 때문에 반도체의 대량 생산용으로는 가장 널리 쓰이고 있으며, 웨이퍼는 보오트 축과 수직이 되게 일정한 간격으로 여러장을 겹쳐 놓을 수 있으므로 로딩용량이 매우 증가되어 100∼200장의 웨이퍼를 한번의 증착공정으로 처리할 수 있게 된다.The high temperature container wall type is the most widely used for mass production of semiconductors because of the low manufacturing cost because of the simple resistance heating method instead of the conventional lamp heating method, and the wafers are arranged at regular intervals to be perpendicular to the boat axis. The stacking capacity can be superimposed so that the loading capacity is increased so that 100 to 200 wafers can be processed in one deposition process.
이때 반응 기체는 튜브의 입구로부터 주입되며 그 주입량은 질량조절 장치에 의해 정확히 조절된다. 진공펌프는 증착공정이 진행되는 동안 계속 열려 있으므로 주입된 반응기체는 튜브내에 주어진 온도와 진공펌프의 용량 및 배기구조에 의하여 결정되는 일정한 압력을 유지하게 되며 이때 주어진 각 반응기체의 부분압력 및 온도에 의하여 증착반응은 진행되고 미반응 기체 및 부생성물은 진공펌프에 의하여 배기된다At this time, the reaction gas is injected from the inlet of the tube and the injection amount is precisely controlled by the mass control device. Since the vacuum pump is kept open during the deposition process, the injected reactor maintains a constant pressure determined by the given temperature in the tube, the capacity of the vacuum pump, and the exhaust structure. The deposition reaction proceeds and the unreacted gas and by-products are evacuated by the vacuum pump.
한편, 본 고안에 따른 제2실시예는 제1실시예와 동일한 방법으로 하부히터(2)의 온도를 620∼750℃로 조절하고, 상부히터(1)의 온도를 950∼1000℃로 조절한후 먼저 반응로 내의 Z2지역(8)에 보오트(4)를 위치시키고, BPSG 막(23)을 폴리-실리콘 패턴(22)상에 증착한후, 보오트(4)를 다시 Z1지역(6)으로 이동시켜 30-120sec간 열처리를 실시하면 제1실시예에서 제시된 막과 동일한 제3c도와 같은 평탄한 형상의 BPSG 막(24)을 얻을 수 있게 된다.On the other hand, according to the second embodiment according to the present invention to adjust the temperature of the lower heater 2 to 620 ~ 750 ℃, the temperature of the upper heater 1 to 950 ~ 1000 ℃ in the same manner as the first embodiment Next, the bots 4 are placed in the Z 2 zone 8 in the reactor, the BPSG film 23 is deposited on the poly-silicon pattern 22, and the bots 4 are again placed in the Z 1 zone (6). And heat treatment for 30 to 120 sec. To obtain the BPSG film 24 having the flat shape as shown in FIG. 3C as the film shown in the first embodiment.
[고안의 효과][Effect of design]
상술한 바와 같이 본 고안에 의하면, 반응로의 히터구성을 고온부에 해당하는 상부히터와, 저온부에 해당하는 하부히터 및 단열층인 천이부의 세가지 온도지역으로 구분하여 설치함으로써, 동일한 반응로 내에서 절연막(예컨대 BPSG 막) 침적후 대기노출 없이 BPSG 막의 열처리를 실시하므로 파티클의 오염감소 및 흡습을 방지할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있으며, 또한 고온 용기벽형(HOT WALL)방식을 채택함으로써 종래의 RTA 장치와는 달리 열원파장의 영향이 적어 열처리시 웨이퍼 상의 온도 균일성이 뛰어나 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, the heater configuration of the reactor is divided into three temperature zones, the upper heater corresponding to the high temperature part, the lower heater corresponding to the low temperature part, and the transition part, which is a heat insulating layer, to form an insulating film in the same reactor. For example, the BPSG membrane is heat-treated without exposure to air after deposition, thereby preventing particles from being contaminated and absorbing moisture, thereby improving productivity. Also, by adopting a hot wall method, it is possible to obtain a conventional RTA device and Unlike the heat source wavelength is less affected by the uniformity of the temperature on the wafer during heat treatment can be improved reliability.
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