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KR20090087190A - 반도체 제조설비 그를 이용한 반도체 제조방법 - Google Patents

반도체 제조설비 그를 이용한 반도체 제조방법 Download PDF

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KR20090087190A
KR20090087190A KR1020080012485A KR20080012485A KR20090087190A KR 20090087190 A KR20090087190 A KR 20090087190A KR 1020080012485 A KR1020080012485 A KR 1020080012485A KR 20080012485 A KR20080012485 A KR 20080012485A KR 20090087190 A KR20090087190 A KR 20090087190A
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South Korea
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reaction
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gas
plasma
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서문민
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삼성전자주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 생산성을 증대 또는 극대화할 수 있는 반도체 제조설비 및 그를 이용한 반도체 제조방법을 개시한다. 그의 설비는, 다수개의 웨이퍼를 탑재하는 보트; 상기 보트의 주변을 둘러싸는 적어도 하나이상의 반응 튜브; 상기 반응 튜브의 내벽을 따라 연결되면서 상기 보트에 탑재된 상기 다수개의 웨이퍼에 반응 가스를 분사하는 분사관; 및 상기 분사관을 중심에 두고 상기 반응 튜브의 외벽 양측에서 상기 분사관에 평행하게 형성되며, 상기 분사관에서 분사되는 상기 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 직류 성분의 고전압 극성이 서로 반전되어 인가되도록 형성된 복수개의 플라즈마 전극을 포함하여 이루어진다.
Figure P1020080012485
반응 튜브, 보트(boat), 스위칭(switching), 플라즈마(plasma)

Description

반도체 제조설비 그를 이용한 반도체 제조방법{Equipment for manufacturing semiconductor device and semiconductor device manufacturing methode used the same}
본 발명은 반도체소자 제조설비 및 그를 이용한 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 증착 공정 또는 확산 공정을 수행하는 반도체 제조설비 및 그를 이용한 반도체 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 웨이퍼 상에 사진 공정, 식각 공정, 확산 공정, 증착 공정, 이온주입 공정 등의 공정을 선택적이고도 반복적으로 수행하여 만들어진다. 상술한 공정들 중 증착 공정 및 확산 공정은 저온 또는 고온의 분위기에서 웨이퍼 상에 소정 두께의 박막을 형성하거나, 상기 박막 내에 도전형 불순물을 확산시키는 공정이다.
증착 공정은 박막을 물리기상증착 기술 또는 화학기상증착 기술로 형성하는 방법으로 나누어지며, 실제 반도체 제조공정에서 금속 박막을 제외한 대부분의 박 막을 화학기상증착 기술로 형성하고 있는 실정이다. 또한, 확산 공정은 약 700℃ 이상에서 단결정 실리콘 또는 폴리 실리콘에 인(phosphorus)과 같은 도전성 불순물을 열적(thermal)으로 확산시키거나, 산소 분위기에서 상기 웨이퍼를 가열하여 열산화막을 얻거나, 어닐링(Annealing)과 베이킹(Backing) 등을 수행하기 위하여 이용되고 있다.
확산 공정 및 증착 공정이 이루어지는 반도체 제조설비는 생산성의 측면에서 다수개의 웨이퍼를 한꺼번에 처리하는 배치식 타입이 대부분이다. 왜냐하면, 배치식 타입의 반도체 제조설비는 반응 튜브 내에 보다 많은 개수의 웨이퍼가 로딩되는 것이 생산 단가를 절감(cost down)시키는 중요한 요소이기 때문이다. 예컨대, 반응 튜브는 약 70개 내지 약 150개 정도의 웨이퍼를 수용하여 확산 공정 및 증착 공정이 수행되도록 할 수 있다. 다수개의 웨이퍼는 보트에 다단으로 수납되어 반응 튜브 내에 수용될 수 있다. 따라서, 반응 튜브는 다단으로 적층되는 다수개의 웨이퍼를 수용토록 하기 위해 종모양으로 형성되어 있다.
이와 같은 배치식 타입의 반도체 제조설비는 SiO2(실리콘 산화막), PSG(Phospho Silicate Glass), P(플라즈마)-SiO, P(플라즈마)-SiN, SOG(Spin On Glass), Si3N4(실리콘 질화막) 등과 같은 다양한 종류의 층간 절연막을 형성하는 데 사용된다. 여기서, 실리콘 질화막은 실리콘 산화막에 비해 유전율 및 밀도이 높아 절연 특성 및 식각 내성이 우수하다. 따라서, 실리콘 질화막은 계면특성이 우수한 실리콘 산화막과 함께 "ONO 구조"의 적층 구조를 형성하거나, 실리콘 산화막을 식 각하는 식각 공정 시에 에치 스토퍼층으로 사용될 수 있다.
실리콘 질화막을 형성하기 위해 반응 튜브 내에 공급되는 소스 가스는 모노실란(SiH4), 디크롤실란(SiH2Cl2), 헥사클로로실란(Si2Cl6), 비스 3급 부틸아미노실란(BTBAS) 등과 같은 실란계 가스이다. 실란계 가스는 500℃ 이상의 열처리가 수반되는 열 CVD(Chemical Vapor Deposition)에 의해 반응 가스와 반영되면서 박막이 증착되는 것으로 알려져 있다. 예컨대, 디클로실란과 암모니아(NH3) 또는 헥사클로로실란과 암모니아(NH3)는 고온의 열처리에 의해 반응되면서 실리콘 질화막을 형성시킬 수 있다.
그러나, 고온의 열처리 공정은 반도체 제조공정에 있어 웨이퍼 상에 형성된 박막의 전기적인 특성을 떨어뜨리는 힛버짓(heat budget)으로 작용되고 있다. 따라서, 실리콘 질화막을 형성하는 증착 공정에서 열처리의 최소화가 요구되고 있다.
이러한 요구에 부합되는 증착 공정 기술로서 원자층 증착방법의 연구개발이 대두되고 있다. 원자층 증착방법은 반응 튜브 내에 소스 가스와 반응 가스를 교번하여 공급하면서 다수개의 웨이퍼 상에 한 층 한 층의 박막을 순차적으로 형성토록 할 수 있다. 소스 가스와 반응 가스는 반응 튜브 전체에서 반응을 일으키는 것이 아니라 웨이퍼 표면에서 국한되어 반응되면서 실리콘 질화막을 형성시킨다. 이때, 반응 효율 및 반응성을 증가시키기 위해 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시켜 다수개의 웨이퍼 상으로 유동시킨다.
반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시켜 증착 공정을 수행하는 종래 기술의 반도체 제조설비는 미국특허출원 제2006-0090851호에 개시되어 있다. 종래의 반도체 제조설비는 분사관에서 분사되는 암모니아와 같은 반응 가스를 여기시키기 위해 외부에서 고전압이 인가되는 복수개의 전극이 형성되어 있다. 복수개의 전극은 애노드 전극과 캐소드 전극으로 구분되어 각각 양극과 음극의 고전압이 고정적으로 인가된다. 또한, 애노드 전극과 캐소드 전극은 퀄츠로 커버링되어 보호된다. 나아가, 반응 튜브가 퀄츠로 이루어질 경우, 애노드 전극과 캐소드 전극은 상기 반응 튜브의 외부에서 서로 마주보면서 상기 반응 튜브의 내부로부터 다수개의 웨이퍼에 분사되는 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 고전압이 인가된다.
하지만, 종래 기술에 따른 반도체 제조설비는 양극의 플라즈마 상태로 대전되는 반응 가스 이온이 캐소드 전극에 인접하는 퀄츠에 집중되면서 상기 퀄츠가 쉽게 손상되고 파티클을 유발시키기 때문에 생산수율이 떨어지는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 복수개의 전극 중 어느 하나의 전극에만 반응 가스 이온이 집중되어 발생되는 퀄츠의 손상되는 것을 방지하고 파티클의 유발을 방지하여 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 반도체 제조설비 및 그를 이용한 반도체 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양태에 따른 반도체 제조설비는, 다수개의 웨이퍼를 탑재하는 보트; 상기 보트의 주변을 둘러싸는 적어도 하나이상의 반응 튜브; 상기 반응 튜브의 내벽을 따라 연결되면서 상기 보트에 탑재된 상기 다수개의 웨이퍼에 반응 가스를 분사하는 분사관; 및 상기 분사관을 중심에 두고 상기 반응 튜브의 외벽 양측에서 상기 분사관에 평행하게 형성되며, 상기 분사관에서 분사되는 상기 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 직류 성분의 고전압 극성이 서로 반전되어 인가되도록 형성된 복수개의 플라즈마 전극을 포함함을 특징으로 한다.
여기서, 외부에서 공급되는 전원을 이용하여 상기 고전압을 생성하는 고전압 생성부와, 상기 고전압 생성부에서 생성된 상기 고전압의 극성을 스위칭하여 상기 복수개의 플라즈마 전극에 인가하도록 형성된 스위칭 장치와, 상기 스위칭 장치에서 상기 고전압의 극성을 스위칭하도록 제어하는 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하고, 상기 스위칭 장치는 상기 반응 튜브 내에서 수행되는 증착 공정 또는 확산 공정을 단위로 복수개의 플라즈마 전극에 인가되는 상기 고전압의 극성을 변경하고, 상기 스위칭 장치는 상기 고전압 생성부에 연결되는 복수개의 전원 단자와, 상기 복수개의 플라즈마 전극으로 연결되는 복수개의 전극 단자와, 상기 복수개의 전극 단자 및 상기 복수개의 전원 단자 사이에서 가교되면서 스위칭되는 복수개의 스위칭 바를 포함함이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 양태는, 보트에 탑재된 다수개의 제 1 웨이퍼를 반응 튜브 내에 장입하는 단계; 상기 반응 튜브 내에 반응 가스를 공급하면서 복수개의 플라즈마 전극에 직류성분의 고전압을 인가하여 상기 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키고, 상기 반응 튜브 내에 소스 가스를 공급하여 상기 다수개의 제 1 웨이퍼에 소정 두께의 박막을 형성하는 증착 공정 또는 확산 공정을 수행하는 단계; 상기 반응 튜브 내에서 상기 다수개의 제 1 웨이퍼를 배출시키고, 상기 반응 튜브 내에 다수개의 제 2 웨이퍼를 장입하는 단계; 및 상기 반응 튜브 내에 반응 가스를 공급하면서 복수개의 플라즈마 전극에 상기 다수개의 제 1 웨이퍼에서와 서로 반대되는 극성을 갖는 직류 고전압을 인가하여 상기 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키고, 상기 반응 튜브 내에 상기 소스 가스를 공급하여 상기 다수개의 제 2 웨이퍼에 박막을 형성하는 증착 공정 또는 확산 공정을 수행하는 단계를 포함하는 반도체 제조방법이다.
본 발명에 의하면, 복수개의 플라즈마 전극에 인가되는 고전압의 극성을 변환하는 스위칭 장치를 이용하여 플라즈마 상태의 반응 가스 이온이 캐소드 전극으로 집중되어 발생되는 반응 튜브의 손상을 방지하고, 상기 반응 튜브의 손상에 유발되는 파티클에 의한 오염을 방지토록 할 수 있기 때문에 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설 명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조설비를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1의 평면도이고, 도 3은 도 1 및 도 2의 반응 튜브를 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 1 및 도 2의 플라즈마 전극을 나타내는 평면도이고, 도 5는 스위칭 장치를 개략적으로 나타내는 회로도이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 반도체 제조설비는, 다수개의 웨이퍼(10)를 다단으로 적재시키는 보트(20)의 주변을 둘러싸는 반응 튜브(30) 내에서 분사되는 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 직류 성분의 고전압이 인가되는 복수개의 플라즈마 전극(60)이 반응 가스의 분사관에 인접하는 반응 튜브(30)의 외부 양측에 형성되어 있다.
또한, 외부에서 공급되는 전원을 이용하여 고전압을 생성하는 고전압 생성부(80)와, 상기 고전압 생성부(80)에서 상기 복수개의 플라즈마 전극(60)에 상기 고전압의 극성을 교번 변경하여 인가하도록 형성된 스위칭 장치(70)와, 상기 스위칭 장치(70)에서 상기 고전압의 극성을 변경하도록 제어하는 제어신호를 출력하는 제어부(도시되지 않음)를 포함하여 이루어진다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조설비는 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키기 위해 복수개의 플라즈마 전극(60)에 교번하여 극성이 서로 다른 고전압을 인가하여 반응 튜브(30)의 내벽이 손상되는 것을 방지하고, 상기 반응 튜 브(30)의 내벽에서 파티클이 발생되는 것을 방지토록 할 수 있기 때문에 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있다.
반응 튜브(30)는 반응 가스 및 소스 가스를 이용하여 내부에서 증착 공정 및 확산 공정이 이루어지도록 외부로부터 독립된 공간을 제공한다. 예컨대, 반응 튜브(30)는 보트(20)에 탑재되는 다수개의 웨이퍼(10) 주변을 둘러싸도록 형성된 내부 튜브(34)와, 상기 내부 튜브(34)의 외곽에서 상기 내부 튜브(34)의 주변을 밀폐시키도록 형성된 외부 튜브(32)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 내부 튜브(34)는 반응 가스 및 소스 가스가 유동되면서 다수개의 웨이퍼(10) 상에 증착물을 증착시키는 반응 공간이다. 따라서, 내부 튜브(34)는 다수개의 웨이퍼(10)의 적층 높이에 대응되는 길이를 갖고 상기 다수개의 웨이퍼(10)의 직경보다 큰 내경을 갖도록 형성되어 있다. 내부 튜브(34)에 삽입되는 보트(20)는 약 5.5mm 정도의 일정 간격을 갖는 다수개의 웨이퍼(10)를 약 70개 내지 약 150개정도 탑재하는 높이를 갖도록 형성되어 있다. 또한, 내부 튜브(34)의 내벽에는 소스 가스를 분사시키는 제 2 분사관(44)이 다수개의 웨이퍼(10)가 탑재된 방향으로 길게 형성되어 있다. 소스 가스는 모노실란(SiH4), 디크롤실란(SiH2Cl2), 헥사클로로실란(Si2Cl6), 비스 3급 부틸아미노실란(BTBAS) 중 어느 하나의 실란계 가스이다. 도시되지는 않았지만, 내부 튜브(34)는 제 2 분사관(44)에서 분사된 소스 가스가 다수개의 웨이퍼(10)를 거쳐 화살표 방향으로 유동되면서 외부 튜브(32)에 도달되는 다수개의 다공(도시되지 않음)이 형성되어 있다.
외부 튜브(32)는 내부 튜브(34) 및 보트(20)가 삽입되는 종 모양을 갖고, 상 기 보트(20) 하부의 플레이트(36)와 결합되어 밀폐된 공간을 형성한다. 또한, 하단의 배기관(38)을 통해 내부의 공기를 펌핑시키는 진공 펌프(39)와 결합되어 있다. 예컨대, 진공 펌프(39)는 외부 튜브(32) 내부의 공기를 약 1×10-3Torr정도의 저진공으로 펌핑하는 로터리 펌프 또는 드라이 펌프를 포함하여 이루어진다. 또한, 외부 튜브(32)의 외주면에는 증착 공정 및 확산 공정에서 요구되는 온도로 내부를 가열시키는 히터(50)가 장착되어 있다. 외부 튜브(32) 및 내부 튜브(34)는 내부에 탑재되는 다수개의 웨이퍼(10)가 외부로 보여지고 다수개의 웨이퍼(10)와 동일 또는 유사한 실리콘이 함유된 투명의 퀄츠(quartz) 재질로 형성되어 있다.
외부 튜브(32)로 연결되는 배기관(38)에 대향되는 상기 외부 튜브(32)의 내벽에서 상기 제 2 분사관(44)과 평행한 방향으로 형성된 제 1 분사관(42)에서 반응 가스가 분사된다. 따라서, 제 1 분사관(42)에서 분사된 반응 가스가 복수개의 플라즈마 전극(60)에서 유도되는 전기장에 의해 플라즈마 상태로 여기되면서 다수개의 웨이퍼(10) 상으로 유동되도록 형성되어 있다. 도시되지는 않았지만, 내부 튜브(34)는 외부 튜브(32)의 내벽에 형성된 제 1 분사관(42)에서 분사된 반응 가스를 수평방향으로 통과시키도록 형성되어 있다. 다수개의 다공은 제 1 분사관(42)에서 분사된 반응 가스가 다수개의 웨이퍼(10)를 거쳐 수평으로 유동될 수 있도록 내부 튜브(34)의 양측에 대칭적으로 형성되어 있다.
제 1 분사관(42)은 제 2 분사관(44)에 인접한 외부 튜브(32)의 내벽을 따라 제 1 분사관(42)과 동일 또는 유사한 높이를 갖도록 형성되어 있다. 예컨대, 제 1 분사관(42)에서 분사되는 반응 가스는 암모니아(NH3)를 포함하여 이루어진다. 또한, 제 1 분사관(42)은 반응 가스가 플라즈마 반응을 일으키기에 용이하도록 도 4에서와 같이 형성되어 있다.
여기서, 외부 튜브(32)는 제 1 분사관(42)이 내부 튜브(34)와 일정 거리 이상으로 이격되어 반응 가스를 분사시키도록 외부로 돌출되는 플라즈마 박스(40)를 갖도록 형성되어 있다. 제 1 분사관(42)은 플라즈마 박스(40) 일측의 내부 튜브(34)에 대향되는 플라즈마 박스(40) 타측의 중심에서 소정 압력의 반응 가스를 분사한다. 따라서, 플라즈마 박스(40)는 제 1 분사관(42)에서 분사되는 반응 가스의 분사압을 버퍼링시키는 공간이다. 또한, 제 1 분사관(42)에서 분사되는 반응 가스를 내부 튜브(34)로 집중시키는 루버(louver, 46)가 플라즈마 박스(40)에서 내부로 연장되어 있다.
제 1 분사관(42)에서 반응 가스가 분사되는 방향을 제 1 방향으로 하면, 상기 제 1 방향에 교차되는 제 2 방향으로 플라즈마 박스(40)의 양측 외벽에는 복수개의 플라즈마 전극(60)이 형성되어 있다. 복수개의 플라즈마 전극(60)은 제 1 분사관(42)에서 분사되는 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 고전압이 인가된다. 복수개의 플라즈마 전극(60)에 인가되는 고전압에 의해 유도되는 전기장에 의해 반응 가스가 음의 전하를 갖는 자유전자를 잃고, 양의 전하를 갖는 플라즈마 상태의 이온으로 대전될 수 있다. 예컨대, 복수개의 플라즈마 전극(60)간의 거리는 약 20mm 정도이고, 상기 복수개의 플라즈마 전극(60)에 인가되는 고전압은 약 1000V이상의 직류(direct current)이다.
복수개의 플라즈마 전극(60)은 고전압의 양극과 음극이 고정적으로 인가되는 애노드 전극 및 캐소드 전극이 각각 정해져 있다면 양의 전하를 갖는 플라즈마 상태의 이온이 상기 캐소드 전극에 집중되면서 캐소드 전극에 인접한 외부 튜브(32)가 손상되도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 복수개의 플라즈마 전극(60)은 고전압의 양극과 음극이 서로 반복적으로 교번되어 인가됨으로서 복수개의 플라즈마 전극(60) 중 어느 하나에 인접하는 외부 튜브(32)가 집중적으로 손상되는 것을 방지토록 할 수 있다.
스위칭 장치(70)는 고전압 생성부(80)에서 생성된 고전압의 양극과 음극을 변경하여 복수개의 플라즈마 전극(60)에 인가토록 할 수 있다. 스위칭 장치(70)는 반응 튜브(30)에서 수행되는 증착 공정 또는 확산 공정의 반복되는 횟수에 따라 복수개의 플라즈마 전극(60)에 양극과 음극을 교번하여 인가토록 할 수 있다. 예컨대, 스위칭 장치(70)는 홀수 번째의 증착 공정 또는 확산 공정에서 복수개의 플라즈마 전극(60)에 각각 양극과 음극의 고전압이 인가된다면, 짝수 번째의 증착 공정 또는 확산 공정에서 상기 복수개의 플라즈마 전극(60)에 각각 고전압의 음극과 양극이 인가된다. 복수개의 플라즈마 전극(60) 매번 서로 다른 극성의 고전압이 인가됨으로서 애노드 전극과 캐소드 전극으로 가변될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 스위칭 장치(70)는 고전압 생성부(80)에 연결된 전원 단자(72)와, 복수개의 플라즈마 전극(60)으로 연결되는 전극 단자(74)사이에서 스위칭 바(76)가 회전되면서 고전압의 극성을 변환하도록 형성되어 있다. 여기 서, 고전압 생성부(80)는 직류 성분의 고전압을 생성토록 형성되어 있다. 따라서, 복수개의 전원 단자(72)는 고전압의 양극과 음극이 고정되어 인가된다. 예컨대, 복수개의 전원 단자(72)는 2개로 구성되어 있다.
반면, 복수개의 전극 단자(74)는 4개로 구성되어 있으며, 복수개의 플라즈마 전극(60)에 연결되는 전극 단자(74)는 2개의 양극 단자와 2개의 음극 단자를 포함하여 이루어진다. 도시되지는 않았지만, 복수개의 전극 단자(74)는 3개로 구성될 수도 있다. 전원 단자(72)를 통해 전극 단자(74)에 인가되는 고전압의 극성을 스위칭시키면서 상기 전원 단자(72)와 상기 전극 단자(74)사이에서 가교 역할을 하는 스위칭 바(76)는 2개가 형성되어 있다.
복수개의 스위칭 바(76)는 서로 동일한 방향으로 회전되면서 복수개의 플라즈마 전극(60)에 인가되는 고전압의 극성을 서로 변화시킬 수 있다. 따라서, 스위칭 장치(70)는 제어부에서 출력되는 제어신호에 따라 복수개의 스위칭 바(76)를 회전시켜 복수개의 플라즈마 전극(60)에 인가되는 고전압의 극성을 서로 변환시킬 수 있다. 전원 단자(72) 및 전극 단자(74)의 위치가 서로 바뀌거나 그 개수가 바뀌어도 무방하다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조설비는 복수개의 플라즈마 전극(60)에 인가되는 고전압의 극성을 변환하는 스위칭 장치(70)를 이용하여 플라즈마 상태의 반응 가스 이온이 캐소드 전극으로 집중되어 발생되는 반응 튜브(30)의 손상을 방지하고, 상기 반응 튜브(30)의 손상에 유발되는 파티클에 의한 오염을 방지토록 할 수 있기 때문에 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조설비를 이용한 반도체 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조방법을 나타내는 플로우챠트이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 반도체 제조방법은 다수개의 제 1 웨이퍼를 반응 튜브(30)의 내부에 장입한다(S10). 여기서, 다수개의 제 1 웨이퍼는 반응 튜브(30) 내에서 증착 공정 또는 확산 공정이 홀수 번째 수행되는 다수개의 웨이퍼(10)를 지칭한다. 다수개의 제 1 웨이퍼는 보트(20)에 약 70개 내지 약 150개정도가 탑재되어 반응 튜브(30)에 장입될 수 있다. 또한, 보트(20)는 다수개의 제 1 웨이퍼를 반응 튜브(30)에 장입시키면서 최하단의 플레이트(36)가 반응 튜브(30)의 하부를 밀폐시키도록 형성되어 있다.
다음, 반응 튜브(30) 내부의 공기를 펌핑하여 저진공 상태를 만든다(S20). 여기서, 반응 튜브(30)는 진공 펌프(39)의 공기 펌핑에 의해 상압에서 저진공으로 설정된다. 따라서, 반응 튜브(30) 내부는 후속에서의 증착 공정 또는 확산 공정에서 파티클과 같은 오염물질이 최소화될 수 있다.
그 다음, 복수개의 플라즈마 전극(60)에 양극과 음극의 고전압을 인가하면서 다수개의 제 1 웨이퍼의 증착 공정 또는 확산 공정을 수행한다(S30). 여기서, 복수개의 플라즈마 전극(60)은 고전압을 인가하여 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시켜 양의 전하를 갖는 반응 가스 이온과 음의 전하를 갖는 자유 전자를 생성한다. 반응 가스 이온은 반응성이 매우 높기 때문에 증착 공정 또는 확산 공정을 용이하 게 할 수 있다. 그러나, 양의 전하를 갖는 반응 가스는 복수개의 플라즈마 전극(60) 중 음극의 고전압이 인가되는 어느 하나에 집중될 수 있다. 이때, 복수개의 플라즈마 전극(60)은 반응 튜브(30)의 외부에 위치되고, 반응 가스는 상기 반응 튜브(30)의 내부에서 유동되기 때문에 플라즈마 상태의 반응 가스 이온이 집중되는 상기 반응 튜브(30)의 내벽이 쉽게 손상될 수 있다. 따라서, 다수개의 제 1 웨이퍼와, 후속의 다수개의 제 2 웨이퍼의 증착 공정 또는 확산 공정에서 복수개의 플라즈마 전극(60)에 인가되는 고전압의 극성을 달리하여 반응 가스 이온이 하나의 플라즈마 전극(60)에만 집중되는 것을 방지토록 할 수 있다.
한편, 증착 공정 또는 확산 공정은 반응 튜브(30) 내부의 제 1 분사관(42) 및 제 2 분사관(44)에서 반응 가스 및 소스 가스가 분사되면서 이루어질 수 있다. 특히, 증착 공정 중 최근 연구개발이 활발히 이루어지고 있는 원자층 증착공정을 포함한다. 원자층 증착 기술은 소스 가스와 반응 가스로 이루어지는 반응 전구체(reaction precursor)들을 개별적으로 분리하여 펄스 형태로 웨이퍼(10) 상에 유동시킴으로서 상기 웨이퍼(10) 표면에 반응 물질의 포화표면반응(saturated surface reaction)에 의한 화학적 흡착과 탈착을 이용한 신개념의 박막 증착 기술이다. 따라서, 복수개의 반응 전구체가 하나의 사이클을 갖고 웨이퍼(10) 상에 유동되면서 한 층의 박막을 형성시킬 수 있다. 또한, 웨이퍼(10)로 유동되는 반응 물질이 세 가지 이상이 될 수도 있다. 이들 중 일부는 박막을 성장시키는 필수 성분으로 사용되고, 나머지 일부는 하나이상의 리간드(ligand)등을 제거하여 후속 반응을 도와 박막 표면을 처리하는 것이다.
예컨대, 디크롤실란(SiH2Cl2) 또는 헥사클로로실란(Si2Cl6)을 소스 가스로 사용하고, 암모니아(NH3)를 반응 가스로 사용한 원자층 증착공정을 통하여 실리콘 질화막을 형성할 수 있다. 먼저, 제 2 분사관(44)을 통해 일정 유량의 소스 가스를 약 5초 내지 약 20초 동안 웨이퍼(10) 상으로 유동시켜 반응 튜브(30)의 내부에 상기 소스 가스로 충만시킨다. 일정 시간이 소요되면, 헬륨(He), 아르곤(Ar), 질소(N2)와 같은 불활성 가스 또는 퍼지 가스를 반응 튜브(30) 내에 공급하여 소스 가스를 제거한다. 이후, 제 1 분사관(42)에서 일정 유량의 반응 가스가 약 3초 내지 약 30초간 웨이퍼(10) 상으로 유동되면서 실리콘 질화막과 같은 원자층 레벨의 박막이 형성되고 리간드가 제거될 수 있다. 이때, 반응 가스는 복수개의 플라즈마 전극(60)에 인가되는 고전압에 의해 유도되는 전기장에 의해 플라즈마 상태로 여기되면서 균일한 밀도로 혼합된다. 또한, 웨이퍼(10) 상으로 유동되면서 웨이퍼(10) 표면에서 소스 가스의 전구체와 반응되어 박막을 형성토록 할 수 있다
마찬가지로, 반응 튜브(30) 내부에 불활성 가스 또는 퍼지 가스를 공급하여 반응 가스를 제거한다. 상술한 바와 같이, 제 2 분사관(44) 및 제 1 분사관(42)을 통해 소스 가스와 반응 가스를 개별적으로 공급하면서 소정 두께의 실리콘 질화막과 같은 박막을 형성토록 할 수 있다. 이때, 소스 가스와 반응 가스가 공급된 이후 매번 불활성 가스 또는 퍼지 가스를 반응 튜브(30) 내에 공급한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조방법은 반응 튜브(30) 내에서 다단으로 적층된 다수개의 제 1 웨이퍼 증착 공정 또는 확산 공정을 수행할 수 있다.
이후, 다수개의 제 1 웨이퍼 증착 공정 또는 확산 공정이 완료되면 반응 튜 브(30)로부터 보트(20)를 배출시켜 다수개의 제 1 웨이퍼를 배출시키고(S40), 다수개의 제 2 웨이퍼를 보트(20)에 탑재한다. 여기서, 반응 튜브(30) 내부에 불활성 가스 또는 퍼지 가스가 공급되어 상압으로 가변된 이후에 다수개의 제 1 웨이퍼가 대기중에 노출될 수 있다. 다수개의 제 1 웨이퍼는 로봇암에 의해 보트(20)에서 취출된 후 웨이퍼 카세트 또는 웨이퍼 캐리어에 재 탑재된다. 그리고, 다수개의 제 2 웨이퍼가 보트(20)에 탑재된 이후 반응 튜브(30) 내에 장입될 수 있다(S50). 이때, 다수개의 제 2 웨이퍼는 반응 튜브(30) 내에서 증착 공정 또는 확산 공정이 짝수 번째 수행되는 다수개의 웨이퍼(10)를 지칭한다.
그 다음, 반응 튜브(30) 내의 공기를 펌핑하여 저진공 상태를 만든다(S60). 상술한 바와 같이, 저진공 상태는 후속에서 다수개의 제 2 웨이퍼 증착 공정 또는 확산 공정 중에서 불량으로 작용되는 파티클과 같은 오염물질을 최소화할 수 있도록 한다. 또한, 반응 튜브(30) 내에서 반응 가스 또는 소스 가스가 순수하게 충만되도록 하여 증착 공정 또는 확산 공정의 재현성을 높일 수 있다.
그 후, 복수개의 플라즈마 전극(60)에 다수개의 제 1 웨이퍼 증착 공정 또는 확산 공정에서와 반대되는 극성을 갖는 고전압을 인가하여 다수개의 제 2 웨이퍼 증착 공정 또는 확산 공정을 수행한다(S70). 여기서, 다수개의 제 2 웨이퍼 증착 공정 또는 확산 공정은 다수개의 제 1 웨이퍼 증착 공정 또는 확산 공정과 유사한 방법으로 이루어진다. 다만, 스위칭 장치(70)는 복수개의 플라즈마 전극(60)에 인가되는 고전압의 극성을 다수개의 제 1 웨이퍼 증착 공정 또는 확산 공정에서와 반대로 변경한다. 예컨대, 다수개의 제 1 웨이퍼 증착 공정 또는 확산 공정에서 복수 개의 플라즈마 전극(60) 각각에 고전압의 양극과 음극이 인가되었다면, 다수개의 제 2 웨이퍼 증착 공정 또는 확산 공정에서는 복수개의 플라즈마 전극(60) 각각에 음극과 양극을 인가한다.
복수개의 플라즈마 전극(60)은 다수개의 제 1 웨이퍼 증착 공정 또는 확산 공정에서 각각 애노드 전극 및 캐소드 전극이 되고, 다수개의 제 2 웨이퍼 증착 공정 또는 확산 공정에서 각각 캐소드 전극 및 애노드 전극이 된다. 복수개의 플라즈마 전극(60)은 증착 공정 또는 확산 공정이 이루어지는 순서에 따라 매번 애노드 전극과 캐소드 전극이 변경된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조방법은 다수개의 웨이퍼(10) 증착 공정 또는 확산 공정이 이루어지는 순서에 따라 복수개의 플라즈마 전극(60)에 매번 서로 다른 극성의 고전압을 인가하여 플라즈마 상태의 반응 가스가 집중되어 반응 튜브(30)의 내벽이 손상되는 것을 방지토록 할 수 있기 때문에 생산수율을 증대 또는 극대화할 수 있다. 다수개의 제 2 웨이퍼 증착 공정 또는 확산 공정 시에 사용되는 소스 가스 및 반응 가스에 대한 내용은 다수개의 제 1 증착 공정 또는 확산 공정에서 이미 상술되었기 때문에 생략한다.
이 다음, 다수개의 제 2 웨이퍼 증착 공정 또는 확산 공정이 완료되면, 반응 튜브(30) 내에서 다수개의 제 2 웨이퍼를 배출시키고(S80), 다시 다수개의 제 1 웨이퍼를 반응 튜브(30)에 장입한다.
도시되지는 않았지만, 복수개의 플라즈마 전극(60)에 인가되는 고전압의 극성을 교번하여 변화시키면서 다수개의 제 1 웨이퍼 및 다수개의 제 2 웨이퍼의 증 착 공정 또는 확산 공정을 반복적으로 수행한다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조방법은 반응 튜브(30) 내에서 수행되는 다수개의 웨이퍼(10) 증착 공정 또는 확산 공정이 홀수 번째 또는 짝수 번째 수행되는지에 따라 복수개의 플라즈마 전극(60) 각각에 인가되는 고전압의 극성이 결정된다.
또한, 상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 제공하기 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 그리고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조설비를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 2는 도 1의 평면도.
도 3은 도 1 및 도 2의 반응 튜브를 나타내는 사시도.
도 4는 도 1 및 도 2의 플라즈마 전극을 나타내는 평면도.
도 5는 스위칭 장치를 개략적으로 나타내는 회로도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조방법을 나타내는 플로우챠트.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 웨이퍼 20 : 보트
30 : 반응 튜브 40 : 플라즈마 박스
50 : 히터 60 : 플라즈마 전극
70 : 스위칭 장치 80 : 고전압 생성부

Claims (16)

  1. 다수개의 웨이퍼를 탑재하는 보트;
    상기 보트의 주변을 둘러싸는 적어도 하나이상의 반응 튜브;
    상기 반응 튜브의 내벽을 따라 연결되면서 상기 보트에 탑재된 상기 다수개의 웨이퍼에 반응 가스를 분사하는 분사관; 및
    상기 분사관을 중심에 두고 상기 반응 튜브의 외벽 양측에서 상기 분사관에 평행하게 형성되며, 상기 분사관에서 분사되는 상기 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 직류 성분의 고전압 극성이 서로 반전되어 인가되도록 형성된 복수개의 플라즈마 전극을 포함함을 특징으로 하는 반도체 제조설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    외부에서 공급되는 전원을 이용하여 상기 고전압을 생성하는 고전압 생성부와, 상기 고전압 생성부에서 생성된 상기 고전압의 극성을 스위칭하여 상기 복수개의 플라즈마 전극에 인가하도록 형성된 스위칭 장치와, 상기 스위칭 장치에서 상기 고전압의 극성을 스위칭하도록 제어하는 제어신호를 출력하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 반도체 제조설비.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위칭 장치는 상기 반응 튜브 내에서 수행되는 증착 공정 또는 확산 공정을 단위로 복수개의 플라즈마 전극에 인가되는 상기 고전압의 극성을 변경하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위칭 장치는 상기 고전압 생성부에 연결되는 복수개의 전원 단자와, 상기 복수개의 플라즈마 전극으로 연결되는 복수개의 전극 단자와, 상기 복수개의 전극 단자 및 상기 복수개의 전원 단자 사이에서 가교되면서 스위칭되는 복수개의 스위칭 바를 포함함을 특징으로 하는 반도체 제조설비.
  5. 제 4 항에 있어서,
    복수개의 전원 단자는 2개이고, 복수개의 전원 단자는 3개 또는 4개이고, 복수개의 스위칭 바는 2개임을 특징으로 하는 반도체 제조설비.
  6. 제 5 항에 있어서,
    복수개의 스위칭 바는 서로 동일한 방향으로 회전되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 튜브는 상기 보트에 탑재되는 다수개의 웨이퍼 주변을 둘러싸도록 형성된 내부 튜브와, 상기 내부 튜브의 외곽에서 상기 내부 튜브의 주변을 밀폐시키도록 형성된 외부 튜브를 포함함을 특징으로 하는 반도체 제조설비.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 외부 튜브 및 상기 내부 튜브는 투명한 퀄츠 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 외부 튜브의 내벽은 상기 내부 튜브의 외부에서 내부로 반응 가스를 분사하는 제 1 분사관이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 외부 튜브는 상기 제 1 분사관이 상기 내부 튜브와 이격되어 반응 가스를 분사시키도록 외부로 돌출되는 플라즈마 박스를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 외부 튜브는 상기 플라즈마 박스에서 상기 내부 튜브까지 연장되고, 상기 제 1 분사관에서 분사되는 반응 가스를 상기 내부 튜브로 집중시키는 루버를 포함함을 특징으로 하는 반도체 제조설비.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수개의 플라즈마 전극은 상기 제 1 분사관을 중심으로 돌출되는 상기 플라즈마 박스의 외벽 양측에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 내부 튜브의 내벽에는 상기 보트에 탑재되는 다수개의 웨이퍼의 측면에서 소스 가스를 분사시키는 제 2 분사관이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조설비.
  14. 보트에 탑재된 다수개의 제 1 웨이퍼를 반응 튜브 내에 장입하는 단계;
    상기 반응 튜브 내에 반응 가스를 공급하면서 복수개의 플라즈마 전극에 직류성분의 고전압을 인가하여 상기 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키고, 상기 반응 튜브 내에 소스 가스를 공급하여 상기 다수개의 제 1 웨이퍼에 소정 두께의 박막을 형성하는 증착 공정 또는 확산 공정을 수행하는 단계;
    상기 반응 튜브 내에서 상기 다수개의 제 1 웨이퍼를 배출시키고, 상기 반응 튜브 내에 다수개의 제 2 웨이퍼를 장입하는 단계; 및
    상기 반응 튜브 내에 반응 가스를 공급하면서 복수개의 플라즈마 전극에 상기 다수개의 제 1 웨이퍼에서와 서로 반대되는 극성을 갖는 직류 고전압을 인가하여 상기 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키고, 상기 반응 튜브 내에 상기 소스 가스를 공급하여 상기 다수개의 제 2 웨이퍼에 박막을 형성하는 증착 공정 또는 확산 공정을 수행하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 반도체 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 소스 가스는 디크롤실란 또는 헥사클로로실란을 포함하고, 상기 반응 가스는 암모니아를 포함함을 특징으로 하는 반도체 제조방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    다수개의 제 1 웨이퍼 및 다수개의 제 2 웨이퍼의 증착 공정 또는 확산 공정은 상기 반응 튜브 내에 상기 반응 가스와 소스 가스를 개별적으로 교번하여 분사하면서 상기 반응 가스와 소스 가스를 각각 분사하기 전후에 불활성 가스 또는 퍼지 가스를 분사하는 것을 포함함을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
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