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KR20030085769A - 화학기상 증착장치 및 증착방법 - Google Patents

화학기상 증착장치 및 증착방법 Download PDF

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KR20030085769A
KR20030085769A KR1020020024005A KR20020024005A KR20030085769A KR 20030085769 A KR20030085769 A KR 20030085769A KR 1020020024005 A KR1020020024005 A KR 1020020024005A KR 20020024005 A KR20020024005 A KR 20020024005A KR 20030085769 A KR20030085769 A KR 20030085769A
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South Korea
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chemical vapor
vapor deposition
reaction chamber
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KR1020020024005A
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김정호
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주식회사 피에스티
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Abstract

본원 발명은 분자량이 큰 가스를 사용하여 화학기상 증착기에서 반응 챔버의 상부에 예비 반응기 시스템을 설치하여 분자량이 큰 원료 가스를 활성화하여 반응 챔버로 유입시켜 박막을 형성하는 기상 증착 장치 및 증착방법에 관한 것으로, 배기수단을 가지며 진공상태를 유지하는 반응 챔버; 상기 반응 챔버에 설치되며 처리될 기판을 탑재하는 서셉터; 상기 서셉터와 대향하며 기화된 원료 가스를 반응 챔버 안으로 도입시키는 적어도 하나이상 설치되는 원료가스 도입관; 및 상기 반응 챔버 상부의 샤워 헤드와 가스 도입관과의 사이에 설치되어 원료 가스를 활성하시켜 반응성 가스로 만드는 예비 반응기 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하며, 예비 반응기 챔버 내에서 활성화시킨 후 반응 챔버에서 다른 반응 가스와 반응하게 함으로써 향상된 증착속도를 얻을 수 있으며 균일한 박막을 안정되게 제조하고, 큰 원료 가스가 예비 반응기 챔버 내에서 충분히 분해되고 활성화됨으로 원료 가스에 함유되어 있는 탄소의 제거가 용이하여 고순도의 박막을 제조하며, 별도의 고정 추가 없이 단순한 공정에 의해 박막을 제조함으로 박막제조 공정이 단순하여 단위 시간당 기판 처리 속도를 향상하므로 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

화학기상 증착장치 및 증착방법{Chemical weather evaporation system and Evaporation method}
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분자량이 큰 가스를 사용하여 화학기상 증착장치에서 반응챔버의 상부에 예비 반응기 시스템을 설치하여 분자량이 큰 원료 가스를 활성화하여 반응 챔버로 유입시켜 박막을 형성하는 화학기상 증착장치 및 증착방법에 관한 것이다.
특히 기판이 설치되는 반응 챔버의 상부에 IPC(Inductively Coupled Plasma)를 이용한 예비반응기 시스템을 설치하여 분자량이 큰 원료 가스를 활성화하여 반응성 가스로 전환함을 그 특징으로 한다.
일반적으로 반도체 소자를 제조함에 있어서, 여러 가지 박막 층을 형서하기 위해서는 필요에 따라 적합한 여러 가지 공정이 사용된다. 특히, 형성 박막의 스텝커버리지(Step Coverage: 단차피복성)가 우수할 뿐만 아니라 증착속도가 높고 균일한 박막을 얻게 하는 공정으로서 화학 기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 공정이 사용된다. 반도체 공정에 이용되는 상기의 화학 기상증착 공정은 기체 상태의 화합물을 분해한 후 화학적 반응에 의해 반도체 기판 위에 여러 가지 박막을 형성하는 것이다.
더욱이 박막을 형성하는 과정은 반도체 기판에 있는 물질을 이용하지 않고 주로 가스를 외부로부터 반응기로 유입시켜 이루어진다. 효과적인 화학 기상 증착방응은 광범위한 온도 범위에서 일어나며, 유입된 반응가스를 분해하기 위해서 RF 전력에 의한 플라즈마 에너지, 레이저 또는 자외선의 광 에너지, 반응기를 가열하는 열에너지 등이 이용되며, 기관의 가열에 의해 분해된 원자나 분자의 반응을 촉진시키거나 형성된 박막의 물성을 조절하기도 한다.
반도체 소자의 제조에 있어서 유전체나 절연체로 사용되는 절연막 재료들과 Al. Cu, W 등의 배선용 재료들을 사용하고자 할 때, 이들 재료들은 TEOS(Tetraethyorthosilcate), MO(Metal Organci) 원료 등 고체 또는 액체 상태의 소스를 기화시킨 분자량이 큰 가스를 이용하여 박막을 증착한다.
종래의 화학기상 증착 공정을 진행하는데 사용되는 장치는 도1에 개략적으로 도시한 바와 같이 구성되며, 통상의 화학기상 증착 공정은 반도체 소자를 완성하기 위해 다양한 막을 형성하는 방법으로 필요에 따라 서로 반응을 일으키는 복수개의 화학 기상 증착 원료 가스들이 동시에 공급되는 가스공급 수단을 사용한다. 여기서는 두가지 반응 원료 가스를 공급하는 장치를 예를 들어 설명한다.
화학기상 증착 공정이 진행되는 화학 기상 증착 반응 챔버는 배기구(15)를 통해 진공 펌핑하는 진공 챔버(11)로 구성된다. 반응 챔버 내부에는 기판(13)이 로딩된 서셉터(12)가 설치되어 있으며 서셉터(12)에는 기판(13)을 가열하는 히터(14)가 설치되어 있다. 서셉터(12)와 대향되는 위치, 즉, 반응 챔버의 상부에는 복수개의 구멍이 형성되어 있어서, 서셉터(12) 위에 로딩되어 있는 기판(13) 상에 화학기상 증착원료 가스를 공급하는 샤워헤드(16)가 설치되어 있다.
샤워헤드(16)는 가스 공급관(17)을 통해 반응 챔버(11)외부로 연결되며 가스 공급관(17)을 통해 반응 원료가스가 도입된다. 가스 공급관(17)은 제1반응원료 가스분지관(19)을 통해 제1화학기상 증착원료 가스 공급수단(미도시)과 제2반응 원료가스 분지관(20)을 통해 제2 화학기상 증착원료 가스 공습수단(미도시)과 연결된다. 제1 및 제2 화학기상 증착 원료 가스가 동시에 공급되는 가스공급관(17)에는 배출관(21)이 설치되어 있으며, 가스 공급관(17)과 샤워헤드(16) 사이에는 개폐밸브(18)가 설치되어 있다.
도1에 도시되어 있는 화학기상 증착장치를 사용하여 박막을 형성하는 단계를 설명한다.
먼저, 반응 챔버(11) 내의 서셉터(12) 상에 기판(13)을 로딩한다. 다음에 제1반응 원료 가스 공급 분지관(19)을 통해 제1원료 가스를 제2반응 원료 가스공급 분지관(20)을 통해 제2원료 가스를 가스 공급관(17)으로 공급한다. 제1원료 가스 및 제2원료 가스는 가스 공급관(17)에서 혼합되며 개페밸브(18)를 통해 샤워헤드(16)로 도입된다. 제1 및 제2원료 가스는 샤워헤드(16)를 통해 분사되어 샤워 헤드(16)와 대향하여 로딩되어 있는 기판표면에 유입되고, 기판(13) 상에 박막을 형성한다. 이때 제1 또는 제2반응 원료 가스 공급 분지관(17)을 통해 TEOS나 MO 가스와 같이 분자량이 큰 반응 원료 가스를 도입시켜 박막을 증착시 킬 경우, 반응 원료 가스의 완전 분해가 어렵게 되고 반응 원료가스 내에 포함된 탄소 성분의 제거가 어렵기 때문에 형성되는 박막 내에 불순물이 다량으로 존재하게 되어 원하는 박막의 순도를 얻을 수 없으며 빠른 증착속도를 가질 수 없어 생산성(Through-put) 저하의 원인이 된다.
이처럼 종래의 화학기상 증착장치에 분자량이 큰 원료 가스를 사영하여 박막을 제조하게 될 경우 박막 내에 다량의 불순물이 함유되어 원하는 박막 특성을 얻을 수 없는 문제점이 있다.
또한, 종래의 화학 기상 증착장치에 분자량이 큰 원료 가스를 사용하여 박막을 제조하게 될 경우 증착속도가 낮고 형성된 박막이 불균일하여 생산성을 저하기키며 장치의 유지 관리가 어렵다는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 화학기상 증착장치를 개선하여 분자량이 큰 원료 가스를 이용하여 원하는 박막을 형서할 수 있는 화하기상 증착 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다. 즉, 본 발명은 화학기상 장치에 예비 반응기 시스템을 설치하여 분자량이 큰 원료 가스가 반응 챔버에 도입되기 전에 예비 반응기 챔버 내에서 활성화시켜 반응성 가스로 제조한 후 반응 챔버에서 다른 반응 가스와 반응하게 하게 함으로써 원하는 박막을 형성할 수 있게 하는 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 증착 속도를 향상시켜 생산성이 개선된 화학기상 증착장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 형성되는 박막의 순도를 향상시켜 원하는 특성을 가지는 반도체용 박막을 형성하는 화학 기상 증착장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 화학기상 증착장치에 있어서, 반응 챔버의 상부에 원료가스를 활성화시켜 반응성 가스로 만드는 예비 반응기 시스템을 구비한 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치를 제공한다.
또한 본 발명에 따른 배기수단을 가지며 진공상태를 유지하는 반응 챔버; 상기 반응 챔버에 설치되며 처리될 기판을 탑재하는 서셉터; 상기 서셉터와 대향하며 기화된 원료 가스를 반응 챔버 안으로 도입시키는 적어도 하나이상 설치되는 원료가스 도입관; 및 상기 반응 챔버 상부의 샤워 헤드와 가스 도입관과의 사이에 설치되어 원료 가스를 활성하시켜 반응성 가스로 만드는 예비 반응기 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 예비 반응기 시스템은 예비 반응기 챔버 및 ICP발생수단을 설치하여 플라즈마 에너지로 원료 가스를 활성화하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 예비 반응기 시스템은 예비 반응기 내로 원료 가스를 도입하는 가스 확산기가 더 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 샤워 헤드는 복수의 원료 가스가 섞이지 않도록 별도의 가스홀을 통해 원료 가스를 분사시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 기판에 RF 전원이 가해질 수 있는 RF 전원을 설치한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 예비 반응기 챔버는 석영, 세라믹 또는 실리콘 카바이드로 제조된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 샤워헤드는 알루미늄재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 분자량이 큰 원료 가스를 미리 활성화시켜 반응성 가스로 만들어 챔버에 도입하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착방법을 제공한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 분자량이 큰 제1원료 가스를 예비 반응기 시스템으로 도입하는 단계; 분자량이 큰 제1원료 가스를 예비 반응기에서 미리 활성화 시켜 반응성 가스로 만드는 단계; 상기 제1원료 가스의 반응성 가스를 반응 챔버에 분사하는 단계; 및 상기 제1원료 가스의 분사와 함께 제2원료 가스를 반응 챔버에 분하하여 기판 상에 소정의 박막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 의한 상기 원료 가스를 미리 활성화하여 반응성 가스로 만드는 단계는 ICP방식의 플라즈마를 가하여 제조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 또한, 본 발명에 의한 상기 제1 및 제2 원료 가스를 별도의 분리된 가스홀이 형성된 샤워헤드를 통해 섞이지 않도록 분사하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 상기 제1 원료 가스는 가스 확산기를 통해 예비 반응기로 균일하게 도입하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래의 화학기상 증착장치의 구성을 개략적으로 보인 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 화학기상 증착장치의 구성을 개략적으로 보인 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 화학기상 증착장치의 가스 확산기를 보인 구성도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
201 : 반응챔버 202 : 서셉터
203 : 기판 204 : 히터
205 : 배기구 206 : 샤워헤드
207, 208 : 가스홀 209 : 로딩포트
210 : 제2원료 가스도입관 211 : 제1원료 가스도입관
212 : 가스확산기 212a : 가스 분사홀
213 : 예비 반응기 시스템 214 : 예비 반응기 챔버
215 : 코일수단 216 : 매칭 네트웍수단
217, 219 : RF 전원 218 : 기판 전극
이하 본 발명에 의한 화학기상 증착장치 및 증착방법을 첨부된 도면을 통해 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 화학기상 증착장치의 구성을 개략적으로 보인 구성도이고, 도 3은 본 발명에 의한 화학기상 증착장치의 가스 확산기를 보인 구성도이다.
또 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 배기 시스템을 가지며 진공상태를 유지할 수 있는 반응 챔버(201)와, 이 반응 챔버(201) 내에 배치되어 처리될 피처리제(기판)(203)를 탑재하는 서셉터(202)와, 제1원료 가스도입관(211)을 통해 기화된 제1원료 가스를 반응 챔버(201) 내로 도입함으로써 박막을 형성하기 위한 제1원료 가스공급원과, 제1원료 가스도입관(211)과는 무관한 제2원료 가스도입관(210)을 통해 제2원료 가스를 반응 챔버(201) 내로 도입하기 위한 제2원료 가스 공급원과, 제1 및 제2원료 가스도입관(210, 211)을 거쳐 도입되는 제1 및 제2원료 가스도입관(210, 211)를 반응 챔버(201)내로 분산시키는 샤워 헤드(206)와, 반응 챔버(201) 내로 도입되어 기화된 원료 가스를 포함하는 가스를 진공 배기 시키기 위한 배기 수단과, 분자량이 큰 가스인 제1원료 가스가 제1원료 가스도입관(211)을 거쳐 반응 챔버(201)에 도입되기 전에 제1원료 가스도입관(211)과 반응 챔버(201) 사이에 예비반응기 시스템(213)을 포함하며, 제1 및 제2원료 가스의 도입에 의해 처리될 기판(203)의 표면상에 화학적 기상 증착에 의해 박막이 형성된다.
상기 예비 반응기 시스템(213)은 반응 챔버(201)의 상부에 반응 챔버(201)와 제1원료 가스가 도입되는 제1통로 사이에 설치되며, 분자량이 큰 제1원료 가스가 도입되어 래디컬 등의 형태로 활성화되는 예비 반응기 챔버(214)와, IPC를 발생시키는 IPC 발생수단과, 예비 반응기 챔버(214) 내로 도입되는 분자량이 큰 원료 가스를 예비 반응기 챔버(214) 내로 균일하게 분사시키는 가스 확산기(212)를 더 포함한다.
상기 예비 반응기 시스템(213)에서 IPC 발생수단은 예비 반응기 챔버(214)를 둘러싸는 코일 수단(215)과, 상기 코일 수단(215)에 RF전원(217, 219)을 인가하는 RF 발생수단과 IPC발생시의 임피던스를 제어하는 매칭 네트웍수단(216)을 더 포함할 수 있다.
상기 예비 반응 시스템(213)에서 분자량이 큰 가스를 예비 반응기 챔버(214) 내로 도입시키는 가스확산기(212)는 측면에 복수개의 가스 분사홀(212a)을 더 구성하여 이를 통해 원료 가스를 분사함으로 예비 반응기 시스템(213) 내에 원료 가스를 균일하게 분사할 수 있다.
또한, 상기 샤워헤드(206)는 제1원료 가스가 도입되는 가스홀(207)과 제2원료 가스가 도입되는 가스홀(208)이 별도로 구성되어 샤워헤드(206) 내에서 각각의 원료 가스들이 섞이지 않으며 각각의 원료 가스는 별도의 가스홀(207, 208)을 통해 반응 챔버(201) 내로 분사될 수 있다.
또한, 상기 기판(203)이 설치되는 서셉터(202)의 하부에는 RF 전원(217, 219)을 더 설치하여 필요에 따라 RF를 가하거나 차단하거나 하여 형성코자 하는 박막의 특성에 맞추어 플라즈마 화학 기상 증착(Plasma Enhaced CVD) 혹은 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD) 공정으로 박막을 형성 할 수 있다.
본 발명은 또한 분자량이 큰 원료가스를 화학기상 증착방법의 반응 가스로를 사용하여 기판(203) 표면에 그 원료 가스로부터 박막을 형성하는 화학기상 증착방법을 제공한다.
이 화학기상 증착방법은 우선 박막이 증착될 기판(203)을 서셉터(202) 위에 로딩하고 반응 챔버(201)를 진공으로 유지한다. 기판(203)은 서셉터(202) 하측에 설치된 히터에 의해 고정의 온도로 가열된다. 다음에 기화된 분자량이 큰 제1원료 가스를 제1원료 가스도입관(211)을 통해서 예비 반응기 챔버(214)에 도입한다.
상기 예비 반응기 챔버(214)에 도입된 제1원료가스에 ICP 발생수단에 의해 플라즈마를 야기 시켜 분자량이 큰 제1원료 가스에 에너지를 가함으로 분해시키거나 래디컬 등의 상태로 활성화시켜 반응성 가스로 제조하며, 활성화된 제1원료 가스는 샤워헤드(206)를 통과하도록 한다. 제1원료 가스가 샤워헤드(206)를 통해 반응 챔버(201)로 분사됨과 동시에 제2원료 가스를 제2원료 가스도입관(210)을 통해 샤워헤드(206)로 도입시키며, 제2원료 가스는 제1원료 가스가 통고한 샤워헤드(206)의 가스홀(207)과는 다른 가스홀(208)을 통해 반응 챔버(201) 내로 분사시킨다. 반응 챔버(201) 내로 분사된 각 원료 가스는 기판의 표면에서 소정의 박막을 형성한다.
본 발명의 화학기상 증착장치에 관하여 도2를 참조하여 하기에서 보다 상세하게 살펴본다. 여기서는 두 가지 반응 가스 TEOS와 산소를 이용하여 반도체 실리콘 기판 상에 실리콘 산화막을 형성하는 장치를 예를 들어 설명한다.
화학기상 증착공정이 진행되는 화학기상 증착 반응 챔버(201)는 배기구(205)를 통해 진공 펌핑하는 진공 챔버(201)로 구성된다. 반응 챔버(201) 내부에는 기판(203)이 로딩되는 서셉터(202)가 설치되어 있으며 서셉터(202)에는 기판을 가열하는 히터(204)가 설치되어 있다. 서셉터(202)가 대향되는 위치, 즉 반응 챔버(201)의 상부에 복수개의 구멍(207, 208)이 형성되어 있어서 서셉터(202) 위에 로딩되어 있는 기판(203) 상에 화학 기상 증착 원료 가스를 분사하는 샤워헤드(206)가 설치되어 있다. 샤워헤드(206)는 기화된 TEOS 원료 가스가 도입되는 제1원료 가스도입관(211)과 산소가스가 도입되는 제2원료 가스 도입관(210)을통해 반응 챔버(201) 외부의 원료 가스 공급원(미도시)과 연결되며 제1, 제2원료 가스도입관(210, 211)을 통해 반응 원료 가스가 도입된다. 제1원료 가스 도입관(211)은 TEOS 원료 가스 공권과 연결되며, 제2원료 가스도입관(210)은 제1원료 가스도입관과(211)는 무관한 통로를 가지며 산소를 반응 챔버(201) 내로 도입하기 위해 산고 가스 공급원(미도시)과 연결된다.
산소 가스는 샤워헤드(206)로 도입되어 바로 반응 챔버(201) 내로 분사되지만, 분자량이 큰 TEOS 원료 가스는 샤워헤드(206)를 통해 반응 챔버(201)에 도입되기 전에 미리 활성화시킬 수 있도록 반응 챔버(201) 상부의 샤워헤드(206)와 제1원료 가스도입관(206) 사이에 예비 반응기 시스템(213)이 설치된다. 이 예비 반응기 시스템(213)을 통과하며 TEOS 가스가 분해 활성화된 후 샤워헤드(206)를 통해 반응 챔버(201)에 분사된다.
본 실시예에 의한 화학기상 증착장치의 예비 반응기 시스템(213)은 반응 챔버(201)의 상부에 샤워헤드(206)와 기화된 TEOS원료 가스가 도입되는 제1원료 가스도입관(211) 사이에 설치되며, 분자량이 TEOS 원료 가스가 도입되어 용이하게 분해되고 래디컬 등의 형태로 활성화되는 예비 반응기 챔버(214)와, 예비 반응기 챔버(214)를 둘러싸는 코일 수단과, 상기 코일 수단에 약 500㎑ 미만의 RF 전원(217, 219)을 인가하는 RF 발생수단과 ICP 발생시의 임피던스를 제어하는 매칭 네트웍수단(216)과, 예비 반응기 챔버(214) 내로 도입되는 분자량이 큰 TEOS 원료 가스를 예비 반응기 챔버(214) 내에 균일하게 분사시키는 가스확산기(Diffuser)(212)로 이루어진다. 이때 예비 반응기 챔버(214)는 주로 석영, 세라믹 또는 실리콘 카바이드 등을 가공하여 제작되며, 샤워헤드(206)는 알루미늄 등을 사용하여 제작된다.
본 실시예에 의한 화학기상 증착장치의 예비 반응기 시스템(213)에서 분자량이 큰 TEOS 원료 가스를 예비 반응기 챔버(214) 내로 도입시키는 가스확산기(212)는 도3a, b에 표시하였듯이 소정 두께를 가진 얇은 원동형으로 확산기의 측면의 복수개의 가스 분사홀(212a)을 설치하며 이를 통해 원료 가스가 예비 반응기 내로 균일하게 분사되도록 한다.(점선으로 원료 가스의 흐름표시)
또한 본 실시예에 의한 화학기상 증착장치의 샤워헤드(206)는 도2에 도시된 바와 같이 TEOS 원료 가스가 도입되는 가스홀(208)과 산소가스가 도입되는 가스홀(207)이 별도로 분리되도록 구성되어 샤워헤드(206) 내에서 각각의 원료 가스들이 섞이지 않으며 각각의 원료 가스를 별도의 분리된 가스홀(207, 208)을 통해 반응 챔버(201) 내로 분사한다.
또한, 본 실시예에 의한 화학기상 증착장치는 기판(203)에 RF 전원(217, 219)이 가해질 수 있도록 기판 전극(218)과 RF전원(219)을 더 설치하며 필요에 따라 RF를 가하거나 차단하거나 하여 형성코자 하는 박막의 특성에 맞추어 플라즈마 화학기상 증착 혹은 저압 화학기상 증착 공정으로 박막을 형성할 수 있다.
본 실시예의 기상 증착장치를 이용하여 TEOS 산화막을 형성하는 화학기상 증착방법을 설명한다. 우선 실리콘 산화막이 증착될 반도체 기판(203)을 반은 반응 챔버(201)의 로딩 포트(209)를 통해 서셉터(202) 위에 로딩하고, 나머지 반은 반응 챔버(201)의 진공으로 유지한다. 기판(203)은 서셉터(202) 하측에 설치된 히터에의해 소정의 온도로 가열된다.
다음에 기화된 분자량이 큰 TEOS 원료 가스를 제1원료 가스도입관(211)을 통해서 예비 반응기 챔버(201)에 도입한다. 예비 반응기 챔버(201)에 도입된 TEOS 가스에 ICP발생수단에 의해 플라즈마를 야기 시켜 에너지를 가하여 TEOS 가스를 분해시키거나 래디컬 등의 상태로 활성화시켜 반응성 가스로 제조한다. 활성화된 TEOS 원료 가스는 샤워헤드(206)의 제1 가스홀(208)을 통과하도록 한다. 활성화된 반응성 TEOS 원료 가스가 샤워헤드(206)를 통해 반응 챔버(201)로 분사됨과 동시에 산소 가스를 제2원료 가스도입관(210)을 통해 샤워헤드(206)의 제1원료 가스가 통과한 가스홀(208) 과는 다른 제2 가스홀(207)을 통해 반응 챔버(201) 내로 분사시킨다. 반응 챔버(201) 내로 분사된 TEOS 원료 가스 및 산소는 기판의 표면상에 실리콘 산화막을 형성한다.
상기와 같이 제조된 TEOS 실리콘 산화막은 TEOS 원료 가스가 충분히 분해 활성화되어 반응성 가스로 되어 반응 챔버(201)에 분사됨으로 기판 위에 산화막을 형성하는 공정이 빠른 속도로 안정하게 이루어진다. 또한 기판 내에서 균일한 증착 두께 형성이 용이하고 파티클이 발생하지 않는다.
상기와 같은 화학기상 증착장치 및 그 방법은 반응 원료 가스가 두 개가 아닌 세 가지 이상의 복수의 반응 원료 가스를 사용하는 경우도 원료 가스 중에서 분자량이 큰 원료 가스를 별도로 예비 반응기에서 활성화시켜 반응 챔버(201)에 도입함으로서 빠른 증착 속도로 안정된 박막을 제조한다.
상기한 바와 같이 박막을 제조하는 화학기상 증착 기술은 상기의 예시된 산화막 외에 강유전성 절연막, 배선 재료막 등 분자량이 큰 원료 가스를 사용하여 여러 가지 재료의 박막을 형성하는 공정에 사용될 수 있다.
이하 본 발명에 의한 화학기상 증착장치 및 증착방법은 화학기상 증착장치에 예비 반응기를 설치하여 분자량이 큰 원료 가스가 반응 챔버에 도입되기 전에 예비 반응기 챔버 내에서 활성화시킨 후 반응 챔버에서 다른 반응 가스와 반응하게 함으로써 향상된 증착속도를 얻을 수 있으며 균일한 박막을 안정되게 제조할 수 있는 효과가 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 화학기상 증착장치 및 증착방법은 분자량이 큰 원료 가스가 예비 반응기 챔버 내에서 충분히 분해되고 활성화됨으로 원료 가스에 함유되어 있는 탄소의 제거가 용이하여 고순도의 박막을 제조할 수 있는 효과가 있다.
상술한 본 발명과 같은 화학기상 증착장치 및 증착방법은 박막을 형성하는 증착 속도를 증가시키며, 별도의 고정 추가 없이 단순한 공정에 의해 박막을 제조함으로 박막제조 공정이 단순하여 단위 시간당 기판 처리 속도를 향상하므로 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 화학기상 증착장치에 있어서,
    반응 챔버의 상부에 원료가스를 활성화시켜 반응성 가스로 만드는 예비 반응기 시스템을 구비한 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
  2. 화학기상 증착장치에 있어서,
    배기수단을 가지며 진공상태를 유지하는 반응 챔버;
    상기 반응 챔버에 설치되며 처리될 기판을 탑재하는 서셉터;
    상기 서셉터와 대향하며 기화된 원료 가스를 반응 챔버 안으로 도입시키는 적어도 하나이상 설치되는 원료가스 도입관;
    상기 반응 챔버 상부의 샤워 헤드와 가스 도입관과의 사이에 설치되어 원료 가스를 활성하시켜 반응성 가스로 만드는 예비 반응기 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 예비 반응기 시스템은 예비 반응기 챔버 및 ICP발생수단을 설치하여 플라즈마 에너지로 원료 가스를 활성화하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 예비 반응기 시스템은 예비 반응기 내로 원료 가스를 도입하는 가스 확산기가 더 설치된 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 샤워 헤드는 복수의 원료 가스가 섞이지 않도록 별도의 가스홀을 통해 원료 가스를 분사시키는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 기판에 RF 전원이 가해질 수 있는 RF 전원을 설치한 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 예비 반응기 챔버는 석영, 세라믹 또는 실리콘 카바이드로 제조된 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 샤워헤드는 알루미늄재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 화학기상 증착장치.
  9. 화학시상 증착방법에 있어서,
    분자량이 큰 원료 가스를 미리 활성화시켜 반응성 가스로 만들어 챔버에 도입하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착방법.
  10. 화학기상 증착방법에 있어서,
    분자량이 큰 제1원료 가스를 예비 반응기 시스템으로 도입하는 단계;
    분자량이 큰 제1원료 가스를 예비 반응기에서 미리 활성화 시켜 반응성 가스로 만드는 단계;
    상기 제1원료 가스의 반응성 가스를 반응 챔버에 분사하는 단계;
    상기 제1원료 가스의 분사와 함께 제2원료 가스를 반응 챔버에 분하하여 기판 상에 소정의 박막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착방법.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 원료 가스를 미리 활성화하여 반응성 가스로 만드는 단계는 ICP방식의 플라즈마를 가하여 제조하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 원료 가스를 별도의 분리된 가스홀이 형성된 샤워헤드를 통해 섞이지 않도록 분사하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 원료 가스는 가스 확산기를 통해 예비 반응기로 균일하게 도입하는 것을 특징으로 하는 화학기상 증착방법.
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