KR20120140148A - 증착 장치 및 박막 형성 방법 - Google Patents

증착 장치 및 박막 형성 방법 Download PDF

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Abstract

증착 장치 및 박막 형성 방법이 개시된다. 증착 장치는 반응 기체를 공급하는 반응 기체 공급부; 상기 반응 기체 공급부로부터 공급되는 반응 기체를 임시 저장하는 버퍼부; 및 상기 버퍼부로부터 공급되는 반응 기체를 사용하여, 박막을 형성시키는 증착부를 포함한다.

Description

증착 장치 및 박막 형성 방법{DEPOSITION APPARATUS AND METHOD FOR FORMING THIN FILM}
실시예는 증착 장치 및 박막 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로 기판 또는 웨이퍼(wafer)상에 다양한 박막을 형성하는 기술 중에 화학 기상 증착 방법(Chemical Vapor Deposition; CVD)이 많이 사용되고 있다. 화학 기상 증착 방법은 화학 반응을 수반하는 증착 기술로, 소스 물질의 화학 반응을 이용하여 웨이퍼 표면상에 반도체 박막이나 절연막 등을 형성한다.
이러한 화학 기상 증착 방법 및 증착 장치는 최근 반도체 소자의 미세화와 고효율, 고출력 LED 개발 등으로 박막 형성 기술 중 매우 중요한 기술로 주목 받고 있다. 현재 웨이퍼 상에 실리콘 막, 산화물 막, 실리콘 질화물 막 또는 실리콘 산질화물 막, 텅스텐 막 등과 같은 다양한 박막들을 증착하기 위해 이용되고 있다.
실시예는 정확한 유량 제어를 통하여, 향상된 속도로, 향상된 품질을 가지는 박막을 형성하기 위한 증착 장치 및 박막 형성 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 증착 장치는 반응 기체를 공급하는 반응 기체 공급부; 상기 반응 기체 공급부로부터 공급되는 반응 기체를 임시 저장하는 버퍼부; 및 상기 버퍼부로부터 공급되는 반응 기체를 사용하여, 박막을 형성시키는 증착부를 포함한다.
실시예에 따른 박막 형성 방법은 액체를 증발시켜서, 반응 기체를 형성하는 단계; 상기 반응 기체를 버퍼부에서 임시 저장하는 단계; 상기 버퍼부에 임시 저장된 반응 기체를 증착부에 공급하는 단계; 및 상기 버퍼부로부터 공급되는 반응 기체를 사용하여 박막을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 증착 장치는 버퍼부를 사용하여, 증착부에 공급되는 반응 기체의 양을 정확하게 제어할 수 있다. 이에 따라서, 실시예에 따른 증착 장치는 상기 버퍼부를 사용하여, 웨이퍼 상에 박막을 균일하고, 일정한 속도로 형성할 수 있다.
특히, 실시예에 따른 증착 장치는 상기 박막이 최적의 속도로 성장하기 위한 양으로 상기 반응 기체를 상기 증착부에 공급할 수 있다. 이에 따라서, 실시예에 따른 증착 장치는 향상된 속도로 상기 박막을 형성할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 실리콘 카바이드 에피층 성장 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 버퍼부를 도시한 사시도이다.
도 3은 증착부를 도시한 사시도이다.
도 4는 증착부의 일 단면을 도시한 단면도이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 실시예에 따른 실리콘 카바이드 에피층 성장 장치를 도시한 도면이다. 도 2는 버퍼부를 도시한 사시도이다. 도 3은 증착부를 도시한 사시도이다. 도 4는 증착부의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 실시예에 따른 실리콘 카바이드 에피층 성장 장치는 캐리어 기체 공급부(10), 반응 기체 공급부(30), 버퍼부(40), 증착부(50), 제 1 유량 조절부(61), 제 2 유량 조절부(62), 센서부(41) 및 제어부(70)를 포함한다.
상기 캐리어 기체 공급부(10)는 상기 반응 기체 공급부(30)에 캐리어 기체를 공급한다. 상기 캐리어 기체는 매우 낮은 반응성을 가진다. 상기 캐리어 기체의 예로서는 질소 또는 불활성 기체 등을 들 수 있다. 특히, 상기 캐리어 기체 공급부(10)는 제 1 공급 라인(21)을 통하여, 상기 반응 기체 공급부(30)에 상기 캐리어 기체를 공급할 수 있다.
상기 반응 기체 공급부(30)는 상기 반응 기체를 발생시킨다. 또한, 상기 반응 기체 공급부(30)는 상기 반응 기체를 생성하기 위한 액체(32)를 수용한다. 예를 들어, 상기 액체(32)가 증발되어 상기 반응 기체가 형성될 수 있다.
상기 제 1 공급 라인(21)의 끝단은 상기 액체(32)에 잠길 수 있다. 이에 따라서, 상기 제 1 공급 라인(21)을 통하여, 상기 액체(32) 내에 상기 캐리어 기체가 공급된다. 이에 따라서, 상기 액체(32) 내에 상기 캐리어 기체를 포함하는 버블이 형성될 수 있다.
상기 액체(32) 및 상기 반응 기체는 실리콘 및 탄소를 포함하는 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 액체(32) 및 상기 반응 기체는 메틸트리클로로실레인(methyltrichlorosilane;MTS)을 포함할 수 있다.
상기 반응 기체 공급부(30)는 상기 액체(32)에 열을 가하는 발열부(31)를 포함한다. 상기 발열부(31)는 상기 액체(32)에 열을 가하여, 상기 액체(32)를 증발시킬 수 있다. 상기 발열부(31)에 의해서, 가해지는 열량에 따라서, 증발되는 반응 기체의 양이 적절하게 조절될 수 있다.
상기 반응 기체 공급부(30)는 상기 제 2 공급 라인(22)을 통하여, 상기 버퍼부(40)에 상기 반응 기체를 공급한다. 즉, 상기 반응 기체 공급부(30) 및 상기 캐리어 기체의 흐름 및 상기 액체(32)의 증발에 의해서, 상기 반응 기체를 상기 버퍼부(40)에 공급한다.
상기 버퍼부(40)는 상기 제 2 공급 라인(22)에 연결된다. 상기 버퍼부(40)는 상기 반응 기체 공급부(30)로부터, 상기 제 2 공급 라인(22)을 통하여, 상기 반응 기체를 공급받는다. 상기 버퍼부(40)는 상기 반응 기체를 임시 저장한다. 즉, 상기 버퍼부(40)는 상기 반응 기체를 임시 저장한 후, 상기 증착부(50)에 공급한다.
도 2를 참조하면, 상기 버퍼부(40)는 상기 반응 기체를 수용하기 위한 용기(42), 상기 반응 기체가 유입되는 유입구(43) 및 상기 반응 기체가 유출되는 유출구(44)를 포함한다.
또한, 상기 용기(42)의 부피는 약 5ℓ 내지 약 20ℓ일 수 있다. 상기 제 2 공급 라인(22)은 상기 유입구(43)에 연결된다. 또한, 상기 유출구(44)에는 제 3 공급 라인(23)이 연결된다. 또한, 상기 유입구(43) 및 상기 유출구(44)는 모두 상기 용기(42)의 상부에 형성될 수 있다.
상기 증착부(50)는 에피층(81)을 형성하고자 하는 웨이퍼(80) 또는 기판을 수용한다. 상기 증착부(50)는 상기 반응 기체를 사용하여, 상기 에피층(81)을 형성한다. 즉, 상기 증착부(50)는 상기 웨이퍼(80) 또는 상기 기판 상에 상기 반응 기체를 사용하여, 박막(81)을 형성한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 증착부(50)는 유도 발열부(100) 및 서셉터(200)를 포함한다. 또한, 상기 증착부(50)는 상기 서셉터(200)를 수용하는 챔버, 보온 유닛 및 웨이퍼 홀더 등을 더 포함할 수 있다.
상기 유도 발열부(100)는 상기 서셉터(200)를 둘러싼다. 상기 유도 발열부(100)는 유도 가열에 의해서, 열을 발생시킬 수 있다. 상기 유도 발열부(100)에 의해서, 발생되는 열은 상기 서셉터(200) 내부에 전달될 수 있다.
상기 유도 발열부(100)로 사용되는 물질의 예로서는 흑연 등을 들 수 있다. 상기 유도 발열부(100)는 튜브 형상을 가질 수 있다. 상기 유도 발열부(100)는 상기 서셉터(200)를 둘러쌀 수 있다.
상기 서셉터(200)는 상기 웨이퍼(80) 또는 상기 기판을 수용한다. 또한, 상기 버퍼부(40)로부터 상기 서셉터(200) 내부로 상기 반응 기체가 유입된다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 서셉터(200)는 서셉터 상판(210), 서셉터 하판(220) 및 서셉터 측판들(230, 240)을 포함할 수 있다. 또한, 서셉터 상판(210)과 서셉터 하판(220)은 서로 마주보며 위치한다.
상기 서셉터(200)는 상기 서셉터 상판(210)과 상기 서셉터 하판(220)을 위치시키고 양 옆에 상기 서셉터 측판들(230, 240)을 위치시킨 후 합착하여 제조할 수 있다.
그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니므로, 직육면체의 서셉터(200)에 가스 통로를 위한 공간을 내어 제조할 수 있다.
상기 서셉터 하판(220)에는 증착 대상인 웨이퍼(80) 또는 기판을 고정할 수 있는 웨이퍼 홀더가 더 배치될 수 있다.
상기 서셉터 상판(210)과 상기 서셉터 하판(220) 사이의 공간에서 기류가 흐르면서 증착 공정이 이루어질 수 있다. 상기 서셉터 측판들(230, 240)은 상기 서셉터(200) 내부에서 기류가 흐를 때, 반응 기체가 빠져나가지 못하도록 하는 역할을 한다.
상기 서셉터(200)는 고온 등의 조건에서 견딜 수 있도록 내열성이 높고 가공이 용이한 흑연(graphite)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 서셉터(200)는 흑연 몸체에 실리콘 카바이드가 코팅된 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 서셉터(200)은 자체로 유도가열될 수 있다.
상기 서셉터(200)에 공급되는 반응 기체는 열에 의해서, 라디칼로 분해되고, 이 상태에서, 상기 웨이퍼(80) 등에 증착될 수 있다. 예를 들어, MTS는 실리콘 또는 탄소를 포함하는 라디칼로 분해되고, 상기 웨이퍼(80) 상에는 실리콘 카바이드 에피층이 성장될 수 있다. 더 자세하게, 상기 라디칼은 CH3?, CH4, SiCl3? 또는 SiCl2?일 수 있다.
이와 같이 실리콘 카바이드 에피층이 형성되고, 남은 기체는 상기 서셉터(200)의 끝단에 배치되는 배출 라인(24)을 통하여, 외부로 배출될 수 있다.
상기 제 1 유량 조절부(61)는 상기 반응 기체 공급부(30) 및 상기 버퍼부(40) 사이에 배치된다. 더 자세하게, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 유량 조절부(61)는 상기 제 1 공급 라인(21)에 구비된다. 더 자세하게, 상기 제 1 유량 조절부(61)는 상기 버퍼부(40)에 인접하여 배치될 수 있다.
상기 제 1 유량 조절부(61)는 상기 반응 기체 공급부(30)로부터 상기 버퍼부(40)에 공급되는 반응 기체의 유량을 조절할 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 유량 조절부(61)는 상기 반응 기체 공급부(30)로부터 상기 버퍼부(40)에 공급되는 반응 기체 및 캐리어 기체의 양을 조절할 수 있다. 또한, 상기 제 1 유량 조절부(61)는 상기 제어부(70)에 의해서 제어될 수 있다.
상기 제 2 유량 조절부(62)는 상기 버퍼부(40) 및 상기 증착부(50) 사이에 배치된다. 더 자세하게, 상기 제 2 유량 조절부(62)는 상기 제 3 공급 라인(23)에 구비된다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 유량 조절부(62)는 상기 버퍼부(40)에 인접하여 배치될 수 있다.
상기 제 2 유량 조절부(62)는 상기 버퍼부(40)로부터 상기 증착부(50)에 공급되는 반응 기체의 유량을 조절할 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 2 유량 조절부(62)는 상기 버퍼부(40)로부터 상기 증착부(50)에 공급되는 반응 기체 및 캐리어 기체의 양을 조절할 수 있다. 또한, 상기 제 2 유량 조절부(62)는 상기 제어부(70)에 의해서 제어될 수 있다.
상기 센서부(41)는 상기 버퍼부(40) 내의 반응 기체의 농도를 측정한다. 상기 센서부(41)는 상기 측정된 농도를 상기 제어부(70)에 공급한다. 상기 센서부(41)는 적외선에 대한 흡수 스펙트럼을 이용하여, 상기 반응 기체의 농도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 상기 센서부(41)는 'NDIR(Non-dispersive infrared absorption)센서를 포함할 수 있다. 이외에도 상기 센서부(41)는 다양한 방식으로 상기 반응 기체의 농도를 측정할 수 있다.
상기 제어부(70)는 상기 센서부(41)로부터 입력되는 상기 반응 기체의 농도를 기반으로 상기 제 1 유량 제어부(70), 상기 제 2 유량 제어부(70) 및 상기 발열부(31)를 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(70)는 상기 버퍼부(40) 내의 반응 기체의 농도가 기준치보다 더 낮은 경우, 상기 제 1 유량 제어부(70) 및 상기 제 2 유량 제어부(70)를 제어하여, 상기 증착부(50)에 공급되는 반응 기체의 양을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 제어부(70)는 상기 버퍼부(40) 내의 반응 기체의 농도가 기준치보다 더 낮은 경우, 상기 발열부(31)의 발열량을 증가시켜서, 상기 액체(32)의 증발량을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부(70)는 상기 버퍼부(40) 내의 반응 기체의 농도가 기준치보다 더 높은 경우, 상기 제 1 유량 제어부(70) 및 상기 제 2 유량 제어부(70)를 제어하여, 상기 증착부(50)에 공급되는 반응 기체의 양을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 제어부(70)는 상기 버퍼부(40) 내의 반응 기체의 농도가 기준치보다 더 높은 경우, 상기 발열부(31)의 발열량을 감소시켜서, 상기 액체(32)의 증발량을 감소시킬 수 있다.
이와 같이, 실시예에 따른 실리콘 카바이드 에피층 성장 장치는 상기 버퍼부(40)를 사용하여, 효과적을 실리콘 카바이드 에피층을 형성할 수 있다. 즉, 상기 반응 기체 공급부(30)는 상기 액체(32)를 증발시켜서, 상기 반응 기체를 형성한다. 상기 반응 기체는 상기 버퍼부(40)에 임시 저장된 후, 상기 증착부(50)에 공급된다. 이와 같이 공급된 반응 기체는 라디칼로 분해되어, 상기 웨이퍼(80) 등에 에피층이 형성된다.
또한, 상기 센서부(41)를 통하여, 상기 버퍼부(40) 내의 반응 기체의 농도가 측정되고, 상기 증착부(50) 내로 공급되는 반응 기체의 양은 상기 제어부(70), 상기 제 1 유량 조절부(61), 상기 제 2 유량 조절부(62) 및 상기 발열부(31)에 의해서, 용이하게 조절될 수 있다.
이에 따라서, 실시예에 따른 실리콘 카바이드 에피층 성장장치는 상기 버퍼부(40)를 사용하여, 상기 웨이퍼(80) 등의 상에 상기 실리콘 카바이드 에피층과 같은 박막(81)을 균일하고, 일정한 속도로 형성할 수 있다.
특히, 실시예에 따른 실리콘 카바이드 에피층 성장장치는 상기 박막(81)이 최적의 속도로 성장하기 위한 양으로, 상기 반응 기체를 상기 증착부(50)에 공급할 수 있다. 이에 따라서, 실시예에 따른 실리콘 카바이드 에피층 성장장치는 향상된 속도로 상기 박막(81)을 형성할 수 있다.
이와 같은 실리콘 카바이드 에피층 성장장치는 상기 웨이퍼(80) 등의 상면에 상기 박막(81)을 형성하기 위한 증착 장치에 해당될 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 반응 기체를 공급하는 반응 기체 공급부;
    상기 반응 기체 공급부로부터 공급되는 반응 기체를 임시 저장하는 버퍼부; 및
    상기 버퍼부로부터 공급되는 반응 기체를 사용하여, 박막을 형성시키는 증착부를 포함하는 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 버퍼부로부터 상기 증착부에 공급되는 반응 기체의 유량을 조절하는 제 1 유량 조절부를 포함하는 증착 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 버퍼부 내의 반응 기체의 농도를 측정하는 농도 측정부를 포함하는 증착 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 유량 조절부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 농도 측정부에 의해서 측정된 상기 반응 기체의 농도는 상기 제어부에 입력되는 증착 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 반응 기체는 메틸트리클로로실레인을 포함하는 증착 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 반응 기체 공급부에 캐리어 기체를 공급하고,
    상기 버퍼부에는 상기 반응 기체 및 상기 캐리어 기체가 동시에 공급되는 증착 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 반응 기체 공급부로부터 상기 버퍼부에 공급되는 반응 기체의 유량을 조절하는 제 2 유량 조절부를 포함하는 증착 장치.
  8. 액체를 증발시켜서, 반응 기체를 형성하는 단계;
    상기 반응 기체를 버퍼부에서 임시 저장하는 단계;
    상기 버퍼부에 임시 저장된 반응 기체를 증착부에 공급하는 단계; 및
    상기 버퍼부로부터 공급되는 반응 기체를 사용하여 박막을 형성하는 단계를 포함하는 박막 형성 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 액체 및 상기 반응 기체는 메틸트리클로로실레인을 포함하고,
    상기 박막은 실리콘 카바이드를 포함하는 박막 형성 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 버퍼부 내에서의 상기 반응 기체의 농도를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 농도를 기반으로 상기 증착 장치에 공급되는 반응 기체의 유량을 조절하는 단계를 포함하는 박막 형성 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 측정된 농도를 기반으로 상기 액체의 증발 속도를 조절하는 단계를 포함하는 박막 형성 방법.
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