KR960005376Y1 - 저압 화학증기 증착기 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

저압 화학증기 증착기

제1도 및 제2도는 본 고안의 일실시예에 의한 저압 화학증기 증착기의 구성 및 작용을 보인 종단면도.

제3도는 본 고안의 다른 실시예에 의한 저압 화학 증착기의 종단면도.

제4도는 본 고안의 요부인 단일 석영관과 가스 주입 파이프의 변형예를 보인 횡단면도.

제5a, b도는 본 고안의 요부인 증착 방지링의 변형예를 보인 평면도 및 종단면도.

제6도 및 제7도는 종래 저압 화학증기 증착기의 구성 및 작용을 보인 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 증착기 베이스 4 : 가열장치

6 : 배출관 7 : 웨이퍼

8 : 보트 9 : 램

9a : 지지판 10 : 개폐판

11 : 단일 석영관 11a : 삽입홈

12 : 가스 주입 파이프 13 : 증착 방지링

본 고안은 반도체 제조공정에서 대상 웨이퍼에 대해 필요 상황에 따라 절연막, 유전막 또는 도전막등의 기능유지를 위한 질화막, 산화막 및 규소막등의 화합물을 필름(film) 형태로 증착시키는 기술분야에 관한 것으로, 특히 필요로 하는 웨이퍼 위에 양질의 화합물 필름을 증착시키고 반도체 소자를 더욱 고집적화할 수 있으면서도 원가절감을 기할 수 있도록 한 저압 화학증기 증착기에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조에 필요한 절연막, 유전막 및 도전막등을 증착하기 위한 기술로서는 저압 화학증기증착(Lower pressure chemical vapour deposition)기술을 이용하게 된다.

이 경우, 화합물인 SiH₄, Si₂H₆, DCS, TEOS, PH₃, NH₃, N₂O, TMOB, TMOP, O₂, N₂등을 사용하여 진공영역에서 열을 가함으로서 이러한 화합물들을 열분해시켜 웨이퍼에 박막 상으로 충착시키고 있으나, 증착하고자 하는 화합물 가스들은 열분해 온도가 각각 다름으로 인하여 온도에 따른 증착공정 조건의 최적화 유지를 위한 관리에 문제가 있었고, 또한 원하는 화합물 필름을 증착시키기 위한 높은 증착 공정온도로 인하여 각 웨이퍼의 필름간에 열충격에 따른 물리적 특성 변화가 초래되어 전기적 특성이 열화되기 때문에 반도체의 고집적화 및 대량생산에 나쁜 영향을 끼쳐 오고 있다.

특히 저압 화학증기 증착기에 있어서, 반응로의 위치적으로 구분되는 각 영역간에 배치되는 웨이퍼 위에 증착되는 화합물 필름의 조성이 불균일하기 쉬우며, 또한 이러한 화학적 반응 조건을 완전하게 만족시키기가 매우 어려움으로 인하여 화학적 반응 과정에서 발생하는 오염이 큰 문제로 나타나고 있다.

이하, 종래 저압 화학증기 증착기에 관하여 첨부도면 제6도 및 제7도를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

제6도는 종래 저압 화학증기 증착기를 증착공정이 행하여 지고 있는 상태에서 보인 종단면도로서, 이에 도시한 바와 같이, 종래의 저압 화학증기 증착기는 증착기 베이스(1)에 필요로 하는 진공도를 유지하고 증착작용 공간을 제공하는 반응으로서 내, 외부 석영관(2)(3)이 결합되어 내부 석영관(2)의 내부에는 반응공간이 형성되고, 내, 외부 석영관(2)(3)사이에는 배출통로가 형성되며, 반응로의 주위로 반응로를 필요 온도로 가열하기 위한 가열장치(4)가 설치되어 있다. 또 상기 증착기 베이스(1)에 필요로 하는 화합물을 주입하기 위한 가스주입기(5)가 결합됨과 아울러 반응로 내부의 공기 및 반응후 잉여물질을 배출시키기 위한 배출관(6)이 형성되고, 증착로의 내부에는 웨이퍼(7)가 탑재되는 석영 보트(boat)(8)가 램(ram)에 의해 상하로 이동할 수 있도록 설치되어 있으며, 증착기 베이스(1)의 하단 개구부를 개폐하기 위한 개폐관(1)이 램(9)과 결합되어 있다.

이와 같은 종래의 저압 화학증기 증착기는 웨이퍼(7)를 보트(8)에 탑재시키고 도시한 바와 같이 반응로에 장착한 상태에서 또, 진공장치(도시되지 않음)에 의해 반응로의 내부에 적정 진공도가 유지되고, 가열장치(4)에 의해 적정 온도가 유지된 상태에서 가스 주입기(5)를 통해 증착하고자 하는 물질을 주입하게 되면 이 물질이 도시한 화살표 방향으로 상승하게 되고 증착로 내부의 고온에 의해 열분해되어 보트(8)에 탑재되어 있는 웨이퍼(7)에 박막상으로 증착된다.

그리고, 잉여물질은 진공장치의 펌핑력에 의해 증착로 상부에서 도시한 화살표 방향으로 회류하여 증착기 베이스(1)의 배출관(6)을 통해 배출된다.

상기한 바와 같이 증착한 후에는 제7도와 같이 웨이퍼(7)와 보트(8)를 증착로에서 하방향으로 분리하고 찌꺼기를 배출시킨다.

제6도는 종래의 증착기를 이용하여 화합물 필름을 증착하기 위한 여러가지 단계중 가장 중요한 단계로서 증착에 필요한 화합물이 반응로 내부로 흘러들어 오고, 또 대상 웨이퍼에 화합물 필름을 증착시킨 후 찌꺼기를 외부에 설치된 진공펌프에 의해 배출시키는 단계를 표시하고 있는 바, 상기한 바와 같은 종래의 증착기는 반응로가 내, 외부 석영관(2)(3)으로 이루어져 있고 가스주입기(5)가 반응로의 하단부에서 가스를 주입하도록 되어 있기 때문에 사용된 화합물들이 반응로의 내부 석영관(2)의 내부공간(반응공간)으로 흘러 들어와서, 내, 외부 석영관(2)(3)사이의 배출통로로 흘러 나가는 구조로서 가스의 주입 및 배출경로가 매우 복잡하며, 이러한 복잡성으로 인하여 대상의 웨이퍼를 오염시킬 수 있는 가능성이 매우 높은 결함이 유발되었다.

즉, 상기한 증착기는 반응로 내에서 증착시킬 때 대상이 된 웨이퍼만 증착되는 것이 아니고 반응로의 외부 석영관(3) 안쪽 벽면, 특히 외부 석영관 (3)상부 안쪽 벽면에 필름이 필요이상으로 증착되며 또, 내부 석영관(2)의 양쪽 벽면에도 증착되고 누적됨으로 인하여 이러한 필름이 떨어져 나와 대상 웨이퍼(7)를 오염시킬 뿐 아니라, 내, 외부 석영관(2)(3)의 사용수명을 단축시키게 되는 것이었다.

내, 외부 석영관(2)(3)에 필름이 증착되면 이 내, 외부 석영관(2)(3)을 증착기 베이스(1)로부터 분리하여 세척제(예를 들어 HF)로 세척하여 증착물질을 제거한 후 다시 사용함으로써 증착물질에 의한 오염은 일시적으로 방지할 수 있으나, 세척을 자주해야 하므로 관리가 매우 번거로운 결함이 되었으며, 내, 외부 석영관(2)(3)을 HF로 세척하게 되면 부식에 의해 표면이 손상되어 미세한 가루 형상으로 떨어지게 되고 이것이 웨이퍼(7)에 부착됨으로써 오염의 요인이 되는 것이었다.

또한 상기한 바와 같이 내, 외부 석영관(2)(3)을 설치한 이중 구조에 의해 반응로를 구성하게 되면 가열장치(4)에 의해 가열하는 효과를 저하시키게 되므로 반응로 내부를 적정 온도로 가열하기 위하여 전력 이용비용이 증가하고, 조절 작업이 어렵게 되는 결함이 있었다.

그리고 일반적으로 반도체 제조공정에서는 대상이된 웨이퍼(6) 위에 증착된 화합물 필름의 화학적, 물리적 특성변화를 줄이기 위하여 불활성 가스인 질소가스를 사용하게 되며 가장 이상적인 조건은 웨이퍼(6) 주위에는 산소가 없이 오직 질소가소(N₂) 분위기 속에서 위치하는 것이 화합물 필름의 특성 저하를 방지하기 위한 방법중의 하나인데 종래의 증착기는 제7도와 같이 개폐판(10)이 개방되고 웨어퍼(7) 및 보트(8)가 반응로에서 분리된 상태에서 질소가스(N₂)를 반응로의 하단부에 설치된 가스주입기(5)로부터 주입하는 과정에서 외부의 산소(O₂)가 도면에 실선 화살표로 표시한 바와 같이 반응로 내부로 유입되고 반응로 내부의 높은 열로 인하여 웨이퍼(7)가 탑재된 보트(8)가 반응로 내로 필름을 증착하기 위하여 이동될 때 웨이퍼(7) 위에 필요치 않은 산화막이 형성되어 화합물 필름의 특성을 저하시키는 요인이 되었다.

본 고안은 목적은 반응로를 증착기 베이스 위에 결합되는 단일 석영관으로 구성함으로써 가스 주입 및 배출과정이 간소화되면서도 증착효율을 높일 수 있도록 한 저압 화학증기 증착기를 제공하려는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 증착과정에서 반응로를 구성하는 석영관의 내벽에 증착된 박막을 세척하는 등의 유지보수를 간편하게 할 수 있도록 하려는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 반응로를 단일 석영관으로 구성하면서도 가스를 반응로의 상단측으로 주입할 수 있도록 함으로써 요구되는 특성이 우수한 화합물 필름을 효과적으로 증착할 수 있도록 하려는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 반응로를 단일 석영관으로 구성하면서도 증착이 완료된 후 질소가스를 주입하는 과정에서 외부의 산소가 반응로내로 유입되는 것을 확실하게 방지함으로써 화합물 필름의 특성을 저하시키는 요인을 배제할 수 있도록 하려는 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 반응로를 단일 석영관으로 구성함으로써 원가를 절감할 수 있음은 물론 반응로를 가열하는 데 소요되는 전력 소비를 감소시킬 수 있도록 하려는 것이다.

이러한 본 고안의 목적을 달성하기 위하여, 증착기 베이스의 상부에 단일 석영관을 결합하여 반응로를 구성하고, 이 단일 석영관의 내주면 일측을 따라 단일 석영관의 하단에서 상단에 이르는 가스 주입 파이프를 설치하여서 됨을 특징으로 하는 저압 화학증기 증착기가 제공된다.

상기 단일 석영관은 보트에 탑재된 웨이퍼중 최하단의 웨이퍼보다 높은 부위는 동일한 직경(D₁)으로 형성하고, 그 하측 부위는 상기 직경(D₁)보다 큰 직경(D₂)으로 확장되게 형성한다.

상기 단일 석영관의 내주면에 적어도 하나 이상의 삽입홈을 형성하여 이 삽입홈에 상기 가스 주입 파이프를 삽입한다.

상기 증착기 베이스의 하단부를 개폐하는 개폐판의 상면에는 증착방지링을 설치하여 개폐판의 내면에 화합물 박막이 증착되는 것을 방지하도록 구성한다.

이하, 본 고안에 의한 저압 화학증기 증착기를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라서 상세히 설명한다.

제1도 및 제2도는 본 고안에 의한 저압 화학증기 증착기를 보트가 반응로에 장착된 상태 및 분리된 상태에서 보인 종단면도로서 이에 도시한 바와 같이, 증착기 베이스(1)의 상부에 단일 석영관으로 된 반응로를 설치한 것이다.

본 실시예에서 상기 단일 석영관(11)은 주벽의 직경이 전체적으로 동일한 원통체로 형성되어 있다.

상기 반응로를 구성하는 단일 석영관(11)은 내벽 일측에는 그 하단으로부터 상단측에 이르는 가스 주입 파이프(12)가 설치되어 있다.

상기 가스 주입 파이프(12)는 그 하단이 반응로를 구성하는 증착기 베이스(1)를 관통하여 단일 석영관(11)의 상단측으로 연장되어 그 상단이 반응로 내부에 삽입되는 보트(8)의 상단에 이르도록 설치된다.

상기 가스 주입 파이프(12)는 상단부가 ㄱ자형으로 절곡되어 증착용 화합가스가 제1도에 화살표로 도시한 바와 같이 보트(8)의 상측에서 하측으로 분사되도록 형성되어 있다.

상기 가스 주입 파이프(12)는 상단부가 ㄱ자형으로 형성되어 증착기 베이스(1)의 주벽을 관통하여 상부로 연장되도록 구성하는 것이 단일 석영관(11)의 상측 안쪽 벽면에 화합물이 적게 증착되도록 하는 데 바람직하나, 단순 직선형으로 형성하여 사용할 수도 있다.

상기 단일 석영관(11)의 주위에는 가열장치(4)가 설치된다.

상기 증착기 베이스(1)는 주벽 일측부에 배출관(6)이 형성되고 상기 석영 보트(8)는 증착기 베이스(1)의 하측 개구부를 통하여 램(9)에 단일 석영관(11)의 내부로 상, 하로 이동 가능하게 삽입되어 있다.

제3도는 본 고안의 다른 실시예를 보인 것으로 실시예는 단일 석영관(11)의 주벽 하단부가 그 상측부 보다 넓게 형성되어 있다.

제1도와 제3도에서 반응로의 주벽과 보트(8) 사이의 간격은 양질의 증착막 형성을 위하여 일정하게 유지되어야 하는 바, 본 고안에 의한 장치를 새로이 제작하는 경우에는 증착기 베이스(1), 보트(8) 및 단일 석영관(11)을 적합한 규격에 맞추어 제작하게 되므로 단일 석영관(11)을 제1도와 같이 전체적으로 직경이 동일한 형상으로 형성하고, 즉 제6도와 같이 기존 장치의 증착기 베이스(1)와 보트(8)를 그대로 이용하면서 기존의 내, 외부 석영관(2)(3) 대신에 단일 석영관(11)을 설치하는 경우에는 단일 석영관(11)의 주벽과 보트(8) 사이의 간격을 적정치로 맞추기 위하여 제3도와 같이, 단일 석영관(11)의 하단부를 넓게 형성하고 그 상측부가 전체적으로 좁게 되도록 형성하게 된다.

제4도는 단일 석영관(11)과 가스 주입 파이프(12)를 발췌하여 절단하여 보인 횡단면도로서, 상기 단일 석영관(11)의 주벽에 가스 주입 파이프(12)가 삽입되는 삽입홈(11a)을 형성한 구성을 보이고 있으며, 이와 같이 삽입홈(11a)을 형성하고 가스 주입 파이프(12)를 삽입하게 되면, 반응로 벽과 보트(8) 사이의 간격을 전체적으로 균등하게 맞출 수 있게 되며, 장치의 부피를 감소하여 소형화에 기여할 수 있게 된다. 바꾸어 말하면 단일 석영관(11)을 삽입홈(1a)을 형성하지 않고 전체적으로 단순원형 단면을 갖도록 형성한 것을 사용할 수도 있으나, 이 경우에는 단일 석영관(11)과 보트(8) 사이에 위치하는 가스 주입 파이프(12)로 인하여 장치의 부피가 증가되어야 한다.

한편, 상기 증착기 베이스(1)의 하단부 내측에는 화합물이 개폐판(10)의 내면에 증착됨을 방지하기 위한 증착 방지링(13)이 결합되어 있으며, 제1도와 제3도에서 증착 방지링(13)은 원통형 몸체(13a)에 플랜지(13b)가 외측으로 절곡 형성된 형상을 갖는다.

그리고 증착 방지링(13)은 제5a, b도와 같은 형상을 갖을 수 있으며, 이 제5도의 변형예는 양분된 반원형 판체(13c)에 평면에서 보아 반원형인 주벽(13d)이 형성되어 있고, 양쪽 반원형 판체(13c)의 중간부에는 램(9)의 외주면을 감싸는 크기의 반원형 홈(13c)이 형성되어 있다.

상기한 증착 방지링(13)은 제1도 및 제3도와 같이 램(9)의 상단부 지지판(9a)을 감싸는 형태로 결합되어 화합물이 개폐판(10)에 증착됨을 방지함으로써 개폐판(10)의 세척회수를 절감하고 사용수명을 연장하는 효과를 갖는다.

제5도의 증착 방지링(13)을 제1도와 제3도에 대체하여 사용하는 경우에는 화합물이 개폐판(10)에 증착되고자 하여도 증착 방지링(13)의 판체(13c)가 막고 있기 때문에 개폐판(10)에 증착됨이 방지되며, 다수회 반복작업 후 증착 방지링(13)을 분리하여 간단히 교체할 수 있게 된다.

상기한 바와 같은 본 고안은 반응로를 단일 석영관(11)으로 구성하였으므로 반응로에서의 증착조건을 보다 효율적으로 만족시켜 주기 위하여 가스 주입 파이프(12)의 높이를 단일 석영관(11)의 상측부까지 높여줌으로써 사용된 화합물들이 반응로 내부로 흘러와서 웨이퍼(7)를 증착시키고 나머지 찌꺼기들이 반응로 외부로 흘러나가는 흐름을 단순화시킨 것으로, 제1도 및 제3도의 가열장치(4)로부터 발생되는 열을 웨이퍼(7)에 전달하는 효과가 매우 양호하고, 열전달을 위한 시간도 절약할 수 있으며, 반응로 내부의 열균일성이 양호하다.

그리고 사용된 화합물이 반응로 내부로 유입되고 열분해되고 대상의 웨이퍼(7)에 도달될 때 이상적인 열반응 속도를 만족시켜 줄 수 있으며, 또 웨이퍼(7)에 도달하기 전에 충분히 가열됨으로 인하여 웨이퍼(7) 주이에 이상적인 화학반응을 일으킬 수 있어 양호한 특성을 갖는 화합물 필름을 대상 웨이퍼 내에 고르게 증착시킬 수 있으며, 서로 다른 열분해 온도 차이에서 발생되는 화학적 열반응 과정에서 발생되는 이상 반응의 오염도를 완전히 해결할 수 있다.

또, 제1도 및 제3도와 같이 증착에 사용되는 화합물이 반응로 내부로 흘러 들어가고 흘러 나가는 방향을 단일 방향으로 유지시킬 수 있기 때문에 제6도와 같이 내, 외부 석영관(2)(3)의 상부 안쪽면에서의 흐름의 복잡성으로 인해 발생되는 오염도를 감소시킬 수 있으며 반응로 내부에서 불필요한 불순물을 진공펌프로 제거시키는데 소요되는 시간을 단축시킴으로써 화학, 물리적으로 양호한 필름을 성장시킬 수 있는 조건을 만족시킬 수 있으며 단일 석영관(11) 상부 안쪽면에 증착되는 필름을 줄임으로 인하여 반응로 내에서 발생되는 오염도를 줄일 수 있다.

또한, 제2도와 같이 웨이퍼(7)를 탑재시킨 보트(8)가 반응로 외부에 외치했을때 반응로 내부를 상부에서 하부까지 질소 분위기로 만들 수 있으므로 반응로 외부에서 산소가 유입됨을 방지하여 보트(8)에 탑재된 대상의 웨이퍼(7)가 반응로 내부로 이동될 때 산화막 성장을 완전히 예방할 수 있으며 이에 따라 매우 양질의 화합물 필름을 증착시킬 수 있게 된다.

즉, 가스 주입 파이프(12)를 통하여 반응로를 구성하는 단일 석영관(11)내에 질소가스를 주입함에 있어서는 질소가스가 상측으로부터 하측으로 유동하는 상태로 되므로 반응로의 하부로부터 유입되는 산소를 차단할 수 있게 되는 것이다.

뿐만 아니라, 제1도와 제3도에서 사용되는 화합물이 반응로 내부로 유입되어 반응로 내부에 위치된 웨이퍼에 도달되기전에 열을 충분히 가열할 수 있으므로 증착에 필요로 하는 반응로의 온도를 기존의 저압 화학증기 증착기에 비하여 낮게 설정할 수 있으므로 웨이퍼(7)에 열충격을 줄일 수 있게 된다.

상기한 바와 같이 본 고안에 의한 저압 화학증기 증착기는 요구되는 특성이 우수한 양질의 화합물 필름을 증착할 수 있으므로 반도체 소자의 고집적화에 크게 기여할 수 있고, 구조에 단순화로 인하여 반응로의 가격 및 사용에 필요되는 유지 및 보수 비용과 시간을 대폭 절감할 수 있으며, 유지보수가 간단 용이한 이점이 있다.

이러한 본 고안의 장치는 반도체 제조분야에서 대량 생산 라인에 매우 유리하게 적용할 수 있으며, 반도체 소자의 고품질화를 달성하는데 크게 기여하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. (정정)증착기 베이스의 상부에 단일 석영관을 결합하여 반응로를 구성하고, 이 단일 석영관의 내주면 일측을 따라 단일 석영관의 하단에서 상단에 이르는 가스 주입 파이프를 설치하여서 됨을 특징으로 하는 저압 화학증기 증착기.
2. (정정)제1항에 있어서, 상기 단일 석영관은 보트에 탑재된 웨이퍼중 최하단의 웨이퍼보다 높은 부위는 동일한 직경(D₁)으로 형성하고, 그 하측 부위는 상기 직경(D₁)보다 큰 직경(D₂)으로 확장되게 형성하여서 됨을 특징으로 하는 저압 화학증기 증착기.
3. (정정)제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단일 석영관의 내주면에 적어도 하나 이상의 삽입홈을 형성하여 이 삽입홈에 상기 가스 주입 파이프를 삽입하여서 됨을 특징으로 하는 전압 화학증기 증착기.
4. (정정)제1항에 있어서, 상기 증착기 베이스의 하단부를 개폐하는 개폐판의 상면에는 증착방지링을 설치하여 개폐판의 내변에 화합물 박막이 중착되는 것을 방지하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 저압 화학증기 증착기.