DE69202867T2

DE69202867T2 - Ofenstruktur einer Herstellungsvorrichtung für Halbleiter.

Info

Publication number: DE69202867T2
Application number: DE69202867T
Authority: DE
Inventors: Yasuyoshi Kawase
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1991-01-10
Filing date: 1992-01-09
Publication date: 1995-11-23
Anticipated expiration: 2012-01-10
Also published as: EP0494783A1; US5232506A; DE69202867D1; JPH04297025A; EP0494783B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Herstellungsvorrichtung für Halbleiter und insbesondere einen Diffusionsofen oder einen Vaporphase-Ziehofen.
Fig. 2A bis 2D veranschaulichen eine Folge von Betriebsabläufen eines herkömmlichen Diffusionsofens oder Vaporphase- Ziehofens. Dieser Ofen weist auf: ein haubenartiges Kernrohr 1, einen um die Außenfläche des Kernrohrs 1 angeordneten Heizer 2, einen an der unteren Endöffnung des Kernrohrs 2 ausgebildeten Verschluß 3, der beim Be- bzw. Entladen von Halbleitersubstraten 6 geöffnet bzw. geschlossen wird, einen mit dem oberen Mittelabschnitt des Kernrohrs 1 verbundenen Gaseinlaßabschnitt 4 und einen mit der unteren Innenseitenwand des Kernrohrs 1 verbundenen Auslaßabschnitt 5, der zum Gasauslaß nach der Reaktion dient (Fig. 2A). Sollen die Halbleitersubstrate 6 geglüht oder einem Prozeß zur Dünnfilmausbildung unterzogen werden, wird der Verschluß 3 geöffnet, und ein Boot 7 mit den darauf angebrachten Halbleitersubstraten 6 wird in das Kernrohr 1 geladen (Fig. 28). Bei Bedarf wird anschließend ein Reaktionsgas durch den Gaseinlaßabschnitt 4 zum Glühen der Substrate 6 eingeleitet (Fig. 2C). Danach wird der Verschluß 3 geöffnet (Fig. 2D), um die Halbleitersubstrate 6 aus dem Kernrohr 1 zu entladen.
Im herkömmlichen Diffusionsofen oder Vaporphase-Ziehofen können auf dem oberen und unteren Abschnitt X und Y des Boots 7 im Kernrohr 1 befindliche Halbleiterscheiben eine unterschiedliche thermische Hysterese haben, da die Halbleitersubstrate 6 mittels des Verschlusses 3 durch die gleiche Öffnung be- und entladen werden. Da außerdem atmosphärische Luft beim Öffnen des Verschlusses 3 in den Ofen strömt, kann sich die Einheitlichkeit der Filmdicke zwischen den jeweiligen Halbleitersubstraten verschlechtern.
Ein ähnlicher Ofen ist in der US-A-4962726 beschrieben, auf der die Ansprüche der vorliegenden Anmeldung beruhen. Diese Schrift beschreibt einen Ofenaufbau mit einer CVD-Reaktionskammer, die über einer Pufferkammer angeordnet und von dieser durch einen zu öffnenden Verschluß getrennt ist. Eine Be- und Entladekammer ist an gegenüberliegenden Seiten der Pufferkammer vorgesehen. Im Betrieb wird ein in der Pufferkammer angeordnetes Boot mit Halbleiterscheiben aus einem Stapel in der Beladekammer durch einen Übergabearm beladen. In der Pufferkammer wird das Boot durch einen Bootauf zug angehoben und abgesenkt, damit es beladen werden kann. Nach dem Beladen des Boots wird es in die Reaktionskammer angehoben, nach der Bearbeitung wieder in die Pufferkammer abgesenkt, und die Scheiben werden durch einen zweiten Übergabearm in die Entladekammer entladen.
Der Ofen der US-A-4962726 leidet unter den gleichen Nachteilen wie der zuvor beschriebene herkömmliche Ofen: Da das Boot in die Reaktionskammer an ihrem unteren Ende eintritt und dort aus ihr austritt, erfahren Scheiben, die am oberen und unteren Ende des Boots angeordnet sind, eine unterschiedliche thermische Hysterese.
Ein weiterer bekannter Ofen ist in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 85115144.9 beschrieben, deren Veröffentlichung als EP 0 187249 A erfolgte. Hier ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der Halbleiterscheiben waagerecht auf einem Transportband durch eine Reihe von Bearbeitungskammern transportiert werden, um eine Reihe von Herstellungsstufen abzuarbeiten. Bei einer Bearbeitungskammer handelt es sich um einen Ofen, dem eine übergabekammer vorausgeht und eine Spülkammer folgt. Im Gegensatz zur chargenweisen Bearbeitung des zuvor beschriebenen bekannten Ofens wird dadurch eine kontinuierliche Scheibenübergabe möglich.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung sieht einen senkrechten Ofenaufbau für eine Herstellungsvorrichtung für Halbleiter und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Ofenaufbaus gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen vor, auf die nunmehr bezug genommen werden sollte. Bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in abhängigen Unteransprüchen angegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A bis 1E sind Ansichten einer Folge von Betriebsabläufen einer Ausführungsform der Erfindung- und Fig. 2A bis 2D sind Ansichten einer Folge von Betriebsabläufen einer herkömmlichen Herstellungsvorrichtung für Halbleiter.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 1A bis 1E veranschaulichen eine Folge von Betriebsabläufen einer Ausführungsform der Erfindung, die auf einen senkrechten Diffusionsofen angewendet ist.
Der Ofenaufbau einer Herstellungsvorrichtung für Halbleiter dieser Ausführungsform wird durch eine Prozeßkammer 11 sowie Vor- oder Außenkammern 10 und 12 gemäß Fig. 1A gebildet. Die Prozeßkammer 11 weist ein zylindrisches Kernrohr 30, einen jeweils zur Innenfläche des Kernrohrs 30 offenen Gaseinlaßabschnitt 16 und -auslaßabschnitt 17 und einen um die Außenfläche des Kernrohrs 30 angeordneten Heizer 13 auf. Die Vorkammern oder die erste und zweite Außenkammer 10 und 12 stehen mit der oberen bzw. unteren Öffnung der Prozeßkammer 11 in Verbindung. Jede Vorkammer weist ein Kernrohr 31 mit der gleichen Form wie das der Prozeßkammer 11 sowie einen jeweils zur Innenfläche des Kernrohrs 31 offenen Gaseinlaßabschnitt 14 und -auslaßabschnitt 15 auf. Die Vorkammer 10 und die Prozeßkammer 11 bzw. die Prozeßkammer 11 und die Vorkammer 12 sind voneinander durch einen zweiten und ersten Innenverschluß 18 und 19 an den Öffnungen getrennt. Ein als Eingang dienender erster Außenverschluß 20 ist an der unteren Öffnung der Vorkammer 12 ausgebildet, während ein als Ausgang dienender zweiter Außenverschluß 23 an der oberen Öffnung der Vorkammer 10 ausgebildet ist.
Ein Gas, z. B. Stickstoff, wird in die Vorkammern 10 und 12 sowie die Prozeßkammer 11 durch die Gaseinlaßabschnitte 14 und 16 eingeleitet. Danach wird der Verschluß 20 gemäß Fig. 1B geöffnet, und eine Stange 25 wird durch eine Steuereinheit 24 für die Bootsbewegung nach Verriegelung mit dem Betrieb des Verschlusses 20 aufwärts bewegt. Dadurch werden Halbleitersubstrate 22, die auf einem Boot 21 angebracht sind, das am entfernten Ende der Stange 25 befestigt ist, in die Vorkammer 12 geladen. Anschließend wird der Verschluß 20 geschlossen. Nach Beibehaltung dieses Zustands für 1 bis 10 Minuten wird der Verschluß 19 geöffnet, und die Halbleitersubstrate 22 werden gemäß Fig. 1C durch die Stange 25 in die Prozeßkammer 11 bewegt. Die Stange 25 wird zurückgezogen, und der Verschluß 19 wird geschlossen. Die Halbleitersubstrate 22 werden geglüht oder einem Prozeß zur Dünnfilmausbildung als Herstellungsprozeß für Halbleiter unter Verwendung eines durch den Gaseinlaßabschnitt 16 zugeführten (bedarfsweisen) Reaktionsgases und des Heizers 13 unterzogen.
Nach Abschluß des Glühens oder des Prozesses zur Dünnfilmausbildung wird gemäß Fig. 1D der Verschluß 18 geöffnet, und die Halbleitersubstrate 22 werden durch die Stange 25 in die Vorkammer 10 bewegt, in die ein Gas, z. B. Stickstoff, eingeleitet wird. Die Stange 25 wird zurückgezogen, und der Verschluß 19 wird geschlossen. Nach Abkühlung der Halbleitersubstrate 22 in der Vorkammer 10 wird der Verschluß 23 geöffnet, und die Substrate 22 werden in die Außenatmosphäre entladen (Fig. 1E).
Da bei der veranschaulichten Herstellungsvorrichtung für Halbleiter mit einem Diffusionsofen oder Vaporphase-Ziehofen die Halbleitersubstrate gemäß der vorstehenden Beschreibung durch eine Öffnung der Prozeßkammer beladen und durch die andere Öffnung entladen werden, läßt sich zwischen den an unterschiedlichen Anbringungspositionen auf einem Boot (in einer Charge) befindlichen Halbleitersubstraten eine gleichmäßige thermische Hysterese erzielen. Da außerdem die Vorkammern auf der Be- bzw. Entladeseite der Prozeßkammer angeordnet sind, kann ein Eintritt atmosphärischer Luft in die Prozeßkammer zur Beladezeit verhindert werden. Dadurch wird die Gleichmäßigkeit der Filmdicke zwischen Halbleitersubstraten so verbessert, daß die Dickenabweichung höchstens 1/5 des durch die herkömmliche Vorrichtung erreichten Werts beträgt.

Claims

1. Senkrechter Ofenaufbau für eine Herstellungsvorrichtung für Halbleiter mit:

einer Prozeßkammer (11) zum Durchführen eines vorbestimmten Herstellungsprozesses für Halbleiter;

einer ersten Außenkammer (12), die unter der Prozeßkammer angeordnet ist und mit ihr über eine Öffnung in einer unteren Wand der Prozeßkammer in Verbindung steht, wobei ein erster Innenverschluß (19) zum Öffnen und Schließen der Öffnung angeordnet ist; und

einem Boot (21) zum Überführen von Halbleitersubstraten in den Ofenaufbau, gekennzeichnet durch:

eine zweite Außenkammer (10), die über der Prozeßkammer angeordnet ist und mit ihr über eine Öffnung in einer oberen Wand der Prozeßkammer in Verbindung steht, wobei ein zweiter Innenverschluß (18) zum Öffnen und Schließen der Öffnung angeordnet ist;

einen ersten (20) und zweiten Außenverschluß (23), die so angeordnet sind, daß sie eine Be- und Entladeöffnung öffnen und schließen, die in einer unteren Wand der ersten Außenkammer bzw. einer oberen Wand der zweiten Außenkammer ausgebildet sind; und

eine Steuereinrichtung (25) für die Bootsbewegung, die das Boot nacheinander durch die erste Außenkammer, die Prozeßkammer und die zweite Außenkammer bewegt;

wobei die erste Außenkammer, die Prozeßkammer und die zweite Außenkammer jeweils ein zylindrisches Kernrohr (30, 31) aufweisen und die Rohre in Reihe angeordnet sind.

2. Aufbau nach Anspruch 1, wobei das Kernrohr (30) der Prozeßkammer einen Gaseinlaßabschnitt (16) und einen Gasauslaßabschnitt (17) hat, die in einer Umfangsfläche von ihm ausgebildet sind, und ein Heizer (13) um eine Außenfläche des Kernrohrs der Prozeßkammer angeordnet ist.

3. Aufbau nach Anspruch 1 oder 2, wobei jedes Kernrohr (31) der Außenkammern einen Gaseinlaßabschnitt (14) und einen Gasauslaßabschnitt (15) aufweist, die in einer Umfangsfläche von ihnen ausgebildet sind.

4. Verfahren zum Durchführen eines vorbestimmten Herstellungsprozesses für Halbleiter in einem senkrechten Ofenaufbau nach Anspruch 1, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Steuern der Steuereinrichtung für die Bootsbewegung, um das Boot und Substrate in der ersten Außenkammer zu halten, nachdem die Substrate in den Ofenaufbau durch die Eingangsöffnung eintreten;

Steüern der Steuereinrichtung für die Bootsbewegung, um das Boot in die Verfahrenskammer zu laden, und Durchführen des Herstellungsprozesses an den Halbleitersubstraten in der Verfahrenskammer; und

Steuern der Steuereinrichtung für die Bootsbewegung, um das Boot in die zweite Außenkammer zu entladen und es dort zu halten, bevor die Substrate aus dem Ofenaufbau durch die Ausgangsöffnung entfernt werden;

wobei die Verschlüsse bedarfsgemäß geöffnet und geschlossen werden, damit das Boot passieren kann.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Herstellungsprozeß eine Wärmebehandlung ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Herstellungsprozeß ein Prozeß zur Dünnfilmausbildung ist.