JP2005136417A - 拡散システムおよびこれに用いるプレミキサー、メインチャンバー、廃ガス排気システム - Google Patents

Abstract

【課題】混合ガスの濃度を短時間内に安定化させ、拡散工程を経たウェーハの冷却速度を効率的に調節でき、廃ガスを安定的に排出できる拡散システムを提供する。
【解決手段】 ウェーハに拡散層を形成させる拡散システムにおいて、ドーピングガスを生成させるバブラー２０と、バブラー２０で生成されたドーピングガス及び反応ガスを適正温度で予熱及び混合させるプレミキサー３０と、プレミキサー３０で供給された混合ガスとウェーハとの反応が起きるメインチャンバー４０と、メインチャンバー４０の排気口及びウェーハ入出用ドア部４４を外部と遮断させるバッファケース５０と、メインチャンバー４０内の反応が終わった後に廃ガスを外部に排出させる廃ガス排気システムと、を含むことを特徴とする拡散システム。これにより、高応答性及び丈夫さがいずれも確保された拡散システムを提供できる。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、拡散システムに係り、より詳細には極めて薄いドーピング層を形成するための混合ガスの速い濃度安定性、高温から低温への冷却速度調節部を具備して高速応答性を持ち、安定したガスフローを保証するフローシステムを具備して安定性を持つ拡散システムに関する。

半導体素子にドーピングされる物質は、拡散係数の大きさ、高溶度、酸化層のマスク効果などを考慮して選択される。結合された原子は、拡散過程でドーピングしようとする物質と分離されても、ウェーハにドーピングされうる他のドーピング不純物原子として作用してはならず、ウェーハ表面にエッチングできない物質を生成してはならない。また、高純度を維持せねばならず、反復工程が行われてもウェーハにドーピングされる濃度は再現性がなければならない。一般的にドーピング物質は酸素、水素またはハロゲン元素である塩素、臭素などと結合された状態で存在し、固体、液体及び気体の３類型に区分される。

このようなドーピングのための拡散システムは、拡散管、加熱器、ボート及び不純物供給システムなどを含んでいる。また、ウェーハ及び製作しようとする素子の種類によって、密封管システム、開放管システム、箱型システム、ペイント・オン・システム及び急速熱工程システムに区分される。

従来の拡散システムは、極めて薄い（１００ｎｍ以下）ドーピング層、すなわち熱エネルギー拡散のための不純物注入層を形成させるために必要な高速応答性及び耐環境性をいずれも満たせない短所がある。すなわち、ナノメータサイズの薄いドーピング層を形成させるためには混合ガスの濃度が速く安定化されねばならず、ドーピング工程を経たウェーハの冷却速度が精密に調整される高速応答性が保証されねばならない。そして、供給される混合ガスのフロー安定性及び工程後に排出される廃ガスの排気安定性を保証するフローシステムとそれぞれの装置との連結部品間の緊密な構造が確保されねばならない。しかし、従来の拡散システムはそれらすべてをシステム的に満たせない問題点がある。

本発明は前記従来技術の問題点を解決するためのものであり、混合ガスの濃度を短時間内に安定化させ、拡散工程を経たウェーハの冷却速度を効率的に調節でき、廃ガスを安定的に排出できる拡散システムおよびこれに用いるプレミキサー、メインチャンバー、廃ガス排気システムを提供することを目的とする。

本発明は前記目的を達成するために、ウェーハに拡散層を形成させる拡散システムにおいて、ドーピングガスを生成させるバブラーと、前記バブラーで生成されたドーピングガス及び反応ガスを適正温度で予熱及び混合させるプレミキサーと、前記プレミキサーで供給された混合ガスとウェーハとの反応が起きるメインチャンバーと、前記メインチャンバーの排気口及び前記ウェーハ入出用ドア部を外部と遮断させるバッファケースと、前記メインチャンバー内の反応が終わった後に廃ガスを外部に排出させる廃ガス排気システムと、を含む拡散システムを提供する。

本発明において、前記バブラーは、その内部にドーピング物質を含んでいる容器本体と、前記ドーピング物質を移送するキャリアガス吸気チューブと、前記キャリアガスに移送されるドーピング物質を移送するドーピングガス移送チューブと、前記容器本体内部の圧力を測定して所定圧力になるように調節する圧力レギュレーターと、前記バブラー内の圧力が所定圧力を超えた場合、バイパス弁により前記バブラー内のガスを排出させるバイパスチューブと、を含む。

本発明において、前記プレミキサーは、前記プレミキサー容器本体と、前記バブラーで生成されたドーピングガス及び前記ドーピングガスと反応する反応ガスを移送する一つ以上のガス移送チューブと、前記プレミキサー容器本体内の混合ガスをメインチャンバーに供給するガス供給チューブと、前記プレミキサーの温度を調節する加熱部と、を含むことを特徴とする。

本発明において、前記ドーピングガス移送チューブは前記プレミキサー容器本体内部に延設されてガスを噴射することを特徴とする。

本発明において、前記プレミキサー容器本体において混合ガス供給チューブにガスを排出する部位は、前記容器本体角部の渦流を防止するためにテーパーまたはコーン状に形成されたことが望ましい。

本発明において、前記混合ガス供給チューブの直径は前記ガス移送チューブの直径の１．７倍以上であることが望ましい。

本発明において、前記メインチャンバーは、前記メインチャンバーの一側部に形成されて雰囲気ガスを噴出する雰囲気ガスノズル部と、前記雰囲気ガスノズル部の雰囲気ガス噴射方向と重なるようにドーピングガスを含む混合ガスを噴射する混合ガス噴射ノズル部と、ウェーハが出入りするドア部と、ウェーハとの反応後に残留する廃ガスを外部に排出する排気口と、を含むことを特徴とする。

本発明において、前記混合ガスノズル部は、前記プレミキサーからメインチャンバー内部に延びた混合ガス供給チューブの端部に形成されたバックノズルである。

本発明において、前記雰囲気ガスノズル部と連結されて前記メインチャンバー内に雰囲気ガスを供給する雰囲気ガスチューブの一側部に連結され、前記雰囲気ガスチューブに反応ガスを供給する反応ガスチューブをさらに含むことが望ましい。

本発明において、前記ドア部は石英及び黒鉛が順次に積層された二重断熱構造であることが望ましい。

本発明において、前記バッファケースは前記メインチャンバーのドア部及び排気口を外部から遮断する密閉構造を持ち、前記ドア部及び前記排気口と連結された排気チューブに冷却用ガスを噴出するシャワーノズルが形成されたことが望ましい。

本発明において、前記廃ガス排気システムは前記高温の廃ガスによる排気チューブの弛みを防止し、前記廃ガスを冷却する支持システムと、前記廃ガスを最終的に外部に排出するスクラバーと、を含む。

本発明において、前記支持システムは前記排気チューブの熱膨張による弛みを防止するために前記排気チューブを半径方向に支持するバネ支持部と、前記排気チューブの軸方向熱膨張を回避し、表面積を広げて前記廃ガスを冷却させるベローズと、を含む。

また本発明では、ウェーハとガスとの反応が起きるメインチャンバーにドーピングガスを含む混合ガスを供給するプレミキサーにおいて、プレミキサー容器本体と、前記ドーピングガス及び前記ドーピングガスと反応するガスが供給される一つ以上のガス移送チューブと、前記プレミキサー容器本体内の混合ガスをメインチャンバーに供給する混合ガス供給チューブと、前記プレミキサーの温度を調節するプレミキサー加熱部と、を含むことを特徴とするプレミキサーを提供する。

また本発明では、ウェーハとガスとの反応が起きるシステムのメインチャンバーにおいて、前記メインチャンバーの一側部に形成されて雰囲気ガスを噴出する雰囲気ガスノズル部と、前記雰囲気ガスノズル部の雰囲気ガス噴射方向と重なるようにドーピングガスを含む混合ガスを噴射する混合ガス噴射ノズル部と、ウェーハが出入りするドア部と、ウェーハと反応後に残留する廃ガスを外部に排出する排気口と、を含むことを特徴とする拡散システムのメインチャンバーを提供する。

また本発明では、ウェーハとガスとの反応が起きた後、メインチャンバー内に残留する廃ガスを排気する廃ガス排気システムにおいて、前記メインチャンバーの排気口を通じて排出される廃ガスが移動する排気チューブと、高温の廃ガスによる前記排気チューブの弛みを防止し、廃ガスを冷却する支持システムと、その端部に連結された真空ポンプにより廃ガスを最終的に外部に排出するスクラバーと、を含むことを特徴とする廃ガス排気システムを提供する。

本発明によれば、ドーピング層の形成のための高応答性及び丈夫さをいずれも満足させる拡散システムを提供できる。すなわち、高応答性はガスの混合時間を最小化するバックノズル部位及び適正温度にあらかじめ反応ガスを加熱するプレミキサーによって具現される。そして、丈夫さはバブラーの安定性を保証する電気的レギュレーター及び機械的なバイパス弁を採用することによって得られる。また、反応後に廃ガスのリークを防止して適正温度の冷却率を設定するバッファケース、廃ガスを処理する支持システム及びスクラバーにより全体的な安定性が保証される。これにより、本発明による拡散システムは極めて薄い拡散層などを効果的に形成できる。

以下、図面を参照して本発明による拡散システムについてさらに詳細に説明する。本発明の構成を示した図面は、説明のために誇張されて示されている。

図１Ａは、本発明による拡散システムのフロー及びウェーハ出入り方向を示す図面であり、図１Ｂは、本発明による拡散システムの全体構成を概略的に示す図面である。本発明による拡散システムは大きく拡散前処理部、メインチャンバー及び拡散後処理部に分けられる。

拡散前処理部はドーピングガスを生成させるバブラー２０、生成されたガスを適正温度であらかじめ混合させて予熱するプレミキサー３０及び前記予熱されたガスをメインチャンバー内で雰囲気ガスと均一に混合するバックノズル３５を含む。メインチャンバー４０では前記ドーピングガスが雰囲気ガスのフローにより均一に混合されてウェーハと反応し、前記反応前後にウェーハが前記メインチャンバー４０に含まれたドア４６を通じて出入りする。前記拡散後処理部は、ウェーハ及び拡散工程後にメインチャンバー４０から排出される廃ガスを冷却させるバッファケース５０、高温の廃ガスを安定的に外部に排気する支持システム６０及び廃ガスを安全に処理するスクラバー７０を含む。したがって、ドーピングガスの生成及びウェーハとの反応後に外部に排出される経路順序はバブラー２０、プレミキサー３０、バックノズル３５、メインチャンバー４０、バッファケース５０、支持システム６０及びスクラバー７０などになる。

図２は、本発明による拡散前処理部でウェーハと反応するドーピングガスを生成させるバブラー２０を概略的に示す図面である。本発明によるバブラー２０はＭＦＣ（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２８、インバルブ２４、アウトバルブ２５などの基本的な要素以外にバイパス弁２６と圧力レギュレーター２７をさらに含んでいる。

図２を参照すれば、本発明による拡散システムのバブラー２０は、ドーピング物質２２が含まれた本体容器２１に連結された３本のチューブ２３ａ、２３ｂ及び２３ｃを含む。前記３本のチューブ２３ａ、２３ｂ及び２３ｃには、運搬気体の役割をする窒素などを本体容器２１の内部に移送するインバルブ２４が付着された吸気チューブ２３ａと、前記本体容器２１の内部でドーピングさせようとする物質２２をアウトバルブ２５によりプレミキサー３０に移送する移送チューブ２３ｂとがある。また、本体容器２１の内部の圧力が適正数値以上になる場合、内部のガスをバイパス弁２６により外部に放出させるチューブ２３ｃを含む。そして、前記バブラー２０の本体容器２１内部の圧力を測定する圧力調節用レギュレーター２７が設置されている。

本発明による拡散システムのバブラー２０は二重計測により安定性を図ることを特徴とするが、これを詳細に説明すれば次の通りである。まず、本体容器２１内部の圧力が一定数値を超えれば、圧力レギュレーター２７でその圧力を測定し、外部の制御器（図示せず）はそれによりインバルブ２４を電気的に遮断させる。そして、もし圧力が非正常的に高まる場合、前記バイパス弁２３ｃを開けて機械的に前記本体容器２１内部のガスを外部に放出してスクラバー７０で処理する。すなわち、前記二重計測により本体容器２１内の予想できぬ異常圧力上昇現象を防止する。初期設定時に前記バイパス弁２６の基準排出圧力は前記圧力レギュレーター２７の基準圧力より高く設定して調整できる。また、本発明による拡散システムのバブラー２０の本体容器２１はアイソレーションボックス２９内に位置させ、外部との接触を遮断させて安定性を図る。

このように前記圧力レギュレーター２７及びバイパス弁２６により適切に調節された圧力のガスは、アウトバルブ２５及び移送チューブ２３ｂを通じてプレミキサー３０に移動する。この時、前記バブラー２０とプレミキサー３０間の距離を最小化させて管路抵抗を減らすことが望ましい。管路抵抗は距離に比例して移動管の（半径）^３に反比例する。したがって、前記バブラー２０と前記プレミキサー３０間の距離はできるだけ近く形成させることが望ましい。

図３は、本発明による拡散システムのプレミキサー３０を示す図面である。本発明による拡散システムのプレミキサー３０は、バブラー２０などと連結された移送チューブ２３ｂ及びメインチャンバー４０にガスを供給するガス供給チューブ３２と、前記プレミキサー３０の温度を調節する加熱部３４とを含む。本発明によるプレミキサー３０は、メインチャンバー４０で使われるガスを前記バブラー２０から供給された後、これを所定の温度及び組成に調節して前記メインチャンバーに輸送する役割をする。この時、前記プレミキサー３０には、前記メインチャンバー４０内に供給されるガスの状態をメインチャンバー４０内の工程温度と類似にするために加熱部３４をさらに具備する。

ここで、本発明による拡散システムのプレミキサー３０は、前記バブラー２０により移送されたガスを含む供給ガスを停滞させずにメインチャンバー４０に供給するために移送チューブ３１ａ、３１ｂ、３１ｃをプレミキサー３０の中心部まで延長させて反応させる。また、移送チューブ３１ａ、３１ｂ、３１ｃの直径に比べて供給チューブ３２の直径が２．５倍以上になるように形成し、移送されたガスが停滞せずに供給チューブ３２に抜け出すようにする。

ガスが管路内で停滞せずに移動するための最小条件は下記式１の通りである。ここで出入りするガスの質量流量は同一であると仮定する。そして、バブラー２０からプレミキサー３０にガスを供給する管を含んでプレミキサー３０に移送されるガスチューブを３つ設置した場合を仮定する。

３ｄｉ^２＝Ｄｏ^２ …式１
ここで、ｄｉはガスをプレミキサー３０に移送する移送チューブ３１ａ、３１ｂ、３１ｃの直径を意味し、Ｄｏは反応ガスをメインチャンバーに供給する供給チューブ３２の直径を意味する。したがって、移送チューブ３１ａ、３１ｂ、３１ｃが３つで供給チューブ３２が１つである場合、Ｄｏはｄｉの約１．７倍でなければならない。もし、それぞれの移送チューブ３１ａ、３１ｂ、３１ｃから導入されるガスの質量流量が相異なればＤｏはそれより大きくなければならない。したがって、供給チューブ３２の直径が移送チューブ３１ａ、３１ｂ、３１ｃの直径より最小１．７倍以上大きくなければならず、さらに望ましくは２倍以上大きいことが望ましい。そして、移送チューブ３１ａ、３１ｂ、３１ｃの直径をさらに小さくすることがガスの逆流を防止するのにさらに有利である。

そして、プレミキサー３０からメインチャンバーにガスが抜け出す供給チューブ３２と近いプレミキサー３０の本体部位３３の形状をテーパーまたはコーン状に製作して一般的な容器の角部位で発生できる渦流を予防する。このような方法によって本発明による拡散システムでは、前記バブラー２０から供給された気体がプレミキサー３０で停滞されずにメインチャンバーに供給される。もちろん、気体は自体の比熱により所定温度に到達するまでプレミキサー３０内部で他のガスと反応せねばならない。したがって、プレミキサー３０の容器本体も所望の工程に合せてその大きさを調節せねばならないが、全体的に小さいのが望ましい。

前記バブラー２０から移送されたガスはプレミキサー３０で混合されて所定の反応を起こす。そして、プレミキサー３０の外部を取り囲んでいる加熱部３４によりメインチャンバーの工程温度に近づくように加熱される。例えば、メインチャンバー内の工程温度が約８００℃ないし１１００℃ならばプレミキサーは約５００℃ないし８００℃程度に予熱されて、前記工程温度は制御器により既設定された値に自動的に温度調節される。

図４は、本発明による拡散システムにおいて、プレミキサー３０とメインチャンバー４０の一部及びその連結部品を示す断面図である。図４を参照すれば、プレミキサー３０からメインチャンバー４０に反応ガスを供給する供給チューブ３２では、メインチャンバー４０内に全体的な濃度の均一化を図るためにバックノズル３５を導入する。

これを詳細に説明すれば、メインチャンバー４０内に装着されたウェーハの上部には前記供給チューブ３２によりプレミキサー３０から供給されるガスがドーピングされる。この場合、所望の厚さの拡散層を得るためには、ウェーハが混合ガスにより露出される工程時間及びメインチャンバー４０内部の混合ガス濃度が精密に調整されねばならない。

制御器により既設定された工程時間が過ぎればメインチャンバー４０の内部に残留する廃ガスが排気され、ウェーハを移送するパドルローダによりウェーハがメインチャンバー４０の外部に移送される。しかし、メインチャンバー４０内部の混合ガスの濃度均一化は、単純な弁の操作だけではなすことができない。特に、極めて薄いドーピング層を得るためには、メインチャンバー４０内で短時間内に濃度均一化を達成する必要がある。

このためにプレミキサー３０からメインチャンバー４０内に入る供給チューブ３２の出口を、雰囲気ガスが供給されるノズル部４１の噴射方向と逆の方向で重ねることが望ましい。すなわち、図４に示したように、雰囲気ガスが供給されるノズル４１の噴射方向とドーピング物質を含む混合ガスが排出される方向とを互いに交差させる。これは、メインチャンバー４０内部の全体的なガス濃度を短時間内に一定化させるためのものである。

このために、プレミキサー３０を通じて加熱及び混合されたガスを雰囲気ガスの主流動に混合させる機能を行うバックノズル３５を導入した。このようなバックノズル３５を使用することによって、雰囲気ガスによるメインチャンバー４０内のガスの主流動の流線を撹乱させずに速く正常流動化させる。これにより、結果的に短時間内にメインチャンバー４０内部のガス濃度が均一になることによって極めて薄い拡散層（１００ｎｍ以下）を得られる。雰囲気ガスは窒素またはアルゴンなどの不活性ガスを使用することが一般的である。

そして、プレミキサー３０での混合ガスが所望の濃度に反応しない場合に備えて、雰囲気ガス供給管の一部にさらに他のガス供給チューブ４２を連結して必要なガスを前記雰囲気ガスと共に供給可能にする。したがって、メインチャンバー４０内の混合ガスの濃度を所望の状態に補完可能になる。

ここで、前記混合ガス供給チューブ３２のバックノズル３５部位を前記雰囲気ガスノズル部４１と正確に対向させる必要はない。前記混合ガス供給チューブ３２の移送経路もまたメインチャンバー４０の内部でダクト状に折り曲げられるように設定されなくてもよい。ただし、混合ガスが不活性ガスのフローによって層流を形成できるように前記雰囲気ガスノズル部４１に対して前記バックノズル３５の噴射方向を設定すればよい。

図５Ａは、本発明によるメインチャンバー４０を示す図面である。図５Ａを参照すれば、反応が起きるメインチャンバー４０の一側部にはプレミキサー３０から混合ガスを供給するバックノズル３５が形成されており、前記バックノズル３５に対向するメインチャンバー４０の一側部には雰囲気ガスノズル４１が形成されている。このような供給チューブ３２内の雰囲気ガスはそれぞれのチューブ端部にあるバックノズル３５を通過してメインチャンバー４０に供給される。そして、前記メインチャンバー４０の反対側部には、パドルローダ（図示せず）によりウェーハキャリア４６が出入りする第１ドア４４が形成されている。濃度が調節された混合ガスと反応するウェーハは、ウェーハキャリア４６に装着されてパドルローダにより第１ドア４４の開閉時に前記メインチャンバー４０内外に輸送される。そして、前記第１ドア４４が形成されたメインチャンバー４０の反対側部には反応を終えた廃ガスを排出させる排気口４５が形成されている。また、前記メインチャンバー４０は反応時に高温を維持させる加熱部（図４の４３）及び冷却させる冷却部（図示せず）を含む。

前記メインチャンバー４０に混合ガス及び雰囲気ガスが導入されてメインチャンバー４０内の濃度が一定になる過程を、流線をシミュレーションした図５Ｂ及び濃度分布をシミュレーションした図５Ｃに示した。図５Ｂは、本発明による拡散システムのメインチャンバー４０内でプレミキサー３０から供給された混合ガスが雰囲気ガスと共に層流を形成させることを経時的に示したものである。図５Ｃは、混合ガスが雰囲気ガスのフローによってメインチャンバー４０内の全体的な濃度均一化をなす過程を流動解析側面で示した図面である。また、図５Ｄは、経時的にウェーハ装着部位の濃度を測定して示したグラフである。これを参照すれば、プレミキサー３０からメインチャンバー４０内に供給された混合ガスの濃度分布は約８０秒内に安定化され、実際ウェーハ上の濃度分布も初期供給時から約４０秒が過ぎた後に一定になることが分かる。

これまでバブラー２０、プレミキサー３０及びプレミキサー３０からメインチャンバー４０に混合ガスを供給するバックノズル３５などを含む拡散前処理部及びメインチャンバー４０について説明した。以下、ウェーハとの反応を経た後、廃ガスを外部に排出するなどの役割をする拡散後処理部についてさらに詳細に説明する。

図６は、本発明による拡散システムにおいて、反応が起きるメインチャンバー４０、前記メインチャンバー４０を外部から密閉させ、ウェーハが出入りするバッファケース５０を示す図面である。

前記メインチャンバー４０の一側にはメインチャンバー４０から移送されるウェーハキャリア４６が出入りする第１ドア４４が形成されている。前記メインチャンバー４０及びバッファケース５０を流通させてウェーハキャリア４６を移送する第１ドア４４は二重サンドウィッチ構造を持っている。これは、高温のメインチャンバー４０内部とバッファケース５０間を熱的に遮断する断熱構造を実現するためのものであり、高温耐溶融性に優れた石英と熱伝逹特性に優れた黒鉛とが連続的に積層されている構造で形成させることが望ましい。そして、前記第１ドア４４の側面はガラス繊維断熱材で覆ってメインチャンバー４０内部とバッファケース５０間を熱的に分離する。

工程時の温度が高温であるため、メインチャンバー４０から抜け出したウェーハを含むウェーハキャリア４６は冷却用サワーノズル５１により冷却される。そして、排気口４５近くにも排気される高温の廃ガスを冷却させるための冷却用シャワーノズル５１が形成されている。この時、前記シャワーノズル５１からは窒素やアルゴンのような不活性ガスが噴射されて冷却させることになる。そして、メインチャンバー４０から抜け出したウェーハをバッファケース５０外部に移送するために第２ドア５２がバッファケース５０に形成されている。

次に図７を参照して反応が終わった後、廃ガスを排出させる過程についてさらに詳細に説明する。図７は本発明による拡散システムにおいて、廃ガスの排出のための拡散後処理部を示す図面である。

拡散工程、すなわち混合ガスとウェーハとの反応が終了した後には前記反応後の廃ガスをメインチャンバー４０から外部に排出させる。この時、排気口４５の弁（図示せず）を開けて、雰囲気ガスをメインチャンバー４０内部に流しつつポンプ７２を作動させれば廃ガスが排出される。このような排気工程を効率的に進めるために本発明では冷却用サワーノズル５１、支持システム６０及びスクラバー７０を含んで廃ガスを効率的に排出させた。

メインチャンバー４０内で反応を経た廃ガスは排気口４５及び排気チューブ５３を通じてメインチャンバーを抜け出す。そして、バッファケース５０及び支持システム６０を通じて冷却されつつスクラバー７０を通じて拡散システムから外部に完全に排出される。この時、メインチャンバー４０内部の工程温度は最大１０００℃以上になりうるので、必須的に冷却をさせねばならない。前述したように、廃ガスの冷却のために本発明による拡散システムではシャワーノズル５１を導入した。

廃ガスは、前記メインチャンバー４０から前記バッファケース５０を通じて温度が低下し、支持システム６０に入る。本発明による支持システム６０は、排気チューブ５３の軸方向及び半径方向への熱膨脹を回避するための支持構造を持つことを特徴とする。

前記メインチャンバー４０から抜け出した支持システム６０部位の排気チューブ５３内の廃ガスはその温度が約４００℃ないし５００℃になりうる。したがって、高温の廃ガスにより前記排気チューブ５３は軸方向及び半径方向に熱膨張する恐れがある。これによる排気チューブ５３の弛みを防止するために排気チューブ５３の半径方向に上下両側にバネのような弾性要素を付着し、バネ係数を２倍にしてフロート型支持方式で支持する。また、高温の廃ガスをベローズ６２内部を通過させることにより前記ベローズ６２がバネのような役割をして軸方向に支持する。ここで、ベローズ６２により高温の廃ガスとの接触面積が広げられるので十分に冷却されるようになる。前記ベローズ６２の外部に冷却用ファン（図示せず）を設置して冷却効果をさらに高められる。

このような過程を経て反応が終わった廃ガスは、排気チューブ５３を経て最終的にスクラバー７０端部のポンプを通じて外部に放出される。もちろん、排気される流量は排気弁７１及び圧力ゲージ７３により適切に調節される。

前記のような過程を経て拡散工程が仕上げられる。このようなそれぞれの工程を各段階別に要約すれば次の通りである。

まず、バブラー２０で運搬ガス（例えば、Ｎ_２）により発生したガスは、圧力レギュレーター２７及びバイパス弁２６でセットされた適正な圧力以下でアウトバルブ２５を通じてプレミキサー３０に送られる。

次にプレミキサー３０では前記バブラー２０から移送されたガスが酸素（または塩素などの作用ガス）と混合され、メインチャンバー４０の高温加熱温度による熱影響を最小化するために低温のバブラー２０から移送されるガスは適正温度に加熱される。

そして、プレミキサー３０で混合加熱されたガスはバックノズル３５からメインチャンバー４０に噴射され、雰囲気ガス（窒素、アルゴンなど不活性ガス）ノズル４１から噴射される雰囲気ガスと混合される。メインチャンバー４０内の濃度分布は約８０秒以内に全領域で均等になり、実際ウェーハ上での濃度分布もやはり４０秒程度過ぎれば均一になる。

メインチャンバー４０内のウェーハ上に均一に分布された高温のドーピングガスは工程が終わった直後にメインチャンバー４０の排気口４５に抜け出て支持システム６０及びその端部にポンプ７２が設置されたスクラバー７０を通じて外部に排出される。この時、高温のガスはシャワーノズル５１により冷却され、支持システム６０のバネ６１によって熱膨張による弛みが防止される。

バッファケース５０の内部に位置した放射熱及び対流を遮断する黒鉛よりなる二重断熱構造の第１ドア４４を開けてパドルローダを用いてウェーハキャリアをメインチャンバー４０から脱着させ、バッファケース５０の内部で適正温度に冷却させれば拡散工程が完了する。

前記説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは発明の範囲を限定するものというより、望ましい実施例の例示として解釈されねばならない。本発明の範囲は説明された実施例によって定められるものではなく特許請求の範囲に記載された技術的思想により定められねばならない。

本発明は拡散システムに係り、半導体素子のような超小型素子の形成工程において非常に薄いドーピング層の形成時に非常に有効である。

本発明による拡散システムの構造の主要部においてガスのフロー及びウェーハの出入り方向を示す図面であある。 本発明による拡散システムの構成を概略的に示す図面である。 本発明によるバブラーを示す図面である。 本発明によるプレミキサーを示す図面である。 本発明による拡散システムにおいてプレミキサーとメインチャンバーとの連結部を示す図面である。 本発明による拡散システムのメインチャンバーの一実施例を示す図面である。 本発明によるメインチャンバー内のガスフローを示す図面である。 本発明による拡散システムのメインチャンバー内での経時的な混合ガスの濃度変化を示す図面である。 メインチャンバー内のウェーハ上での経時的なガスの濃度変化を示すグラフである。 本発明による拡散システムのメインチャンバーの一部及びバッファケースを示す図面である。 本発明による拡散システムの排気部を示す図面である。

符号の説明

２０…バブラー、
３０…プレミキサー、
３５…バックノズル、
４０…メインチャンバー、
４４…第１ドア、
４６…ウェーハキャリア、
５０…バッファケース、
６０…支持システム、
７０…スクラバー。

Claims (24)

1. ウェーハに拡散層を形成させる拡散システムにおいて、
   ドーピングガスを生成させるバブラーと、
   前記バブラーで生成されたドーピングガス及び反応ガスを適正温度で予熱及び混合させるプレミキサーと、
   前記プレミキサーで供給された混合ガスとウェーハとの反応が起きるメインチャンバーと、
   前記メインチャンバーの排気口及び前記ウェーハ入出用ドア部を外部と遮断させるバッファケースと、
   前記メインチャンバー内の反応が終わった後に廃ガスを外部に排出させる廃ガス排気システムと、を含むことを特徴とする拡散システム。
2. 前記バブラーは、
   その内部にドーピング物質を含んでいる容器本体と、
   前記ドーピング物質を移送するキャリアガス吸気チューブと、
   前記キャリアガスに移送されるドーピング物質を移送するドーピングガス移送チューブと、
   前記容器本体内部の圧力を測定して所定圧力になるように調節する圧力レギュレーターと、
   前記バブラー内の圧力が所定圧力を超えた場合、バイパス弁により前記バブラー内のガスを排出させるバイパスチューブと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の拡散システム。
3. 前記プレミキサーは、
   前記プレミキサー容器本体と、
   前記バブラーで生成されたドーピングガス及び前記ドーピングガスと反応する反応ガスを移送する一つ以上のガス移送チューブと、
   前記プレミキサー容器本体内の混合ガスをメインチャンバーに供給するガス供給チューブと、
   前記プレミキサーの温度を調節する加熱部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の拡散システム。
4. 前記ガス移送チューブは前記プレミキサー容器本体内部に延設されてガスを噴射することを特徴とする請求項３に記載の拡散システム。
5. 前記プレミキサー容器本体において混合ガス供給チューブにガスを排出する部位は、前記容器本体角部の渦流を防止するためにテーパーまたはコーン状に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の拡散システム。
6. 前記混合ガス供給チューブの直径は前記ガス移送チューブの直径の１．７倍以上であることを特徴とする請求項３に記載の拡散システム。
7. 前記メインチャンバーは、
   前記メインチャンバーの一側部に形成されて雰囲気ガスを噴出する雰囲気ガスノズル部と、
   前記雰囲気ガスノズル部の雰囲気ガス噴射方向と重なるようにドーピングガスを含む混合ガスを噴射する混合ガス噴射ノズル部と、
   ウェーハが出入りするドア部と、
   ウェーハとの反応後に残留する廃ガスを外部に排出する排気口と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の拡散システム。
8. 前記混合ガスノズル部は、前記プレミキサーからメインチャンバー内部に延びた混合ガス供給チューブの端部に形成されたバックノズルであることを特徴とする請求項７に記載の拡散システム。
9. 前記雰囲気ガスノズル部と連結されて前記メインチャンバー内に雰囲気ガスを供給する雰囲気ガスチューブの一側部に連結され、前記雰囲気ガスチューブに反応ガスを供給する反応ガスチューブをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の拡散システム。
10. 前記ドア部は石英及び黒鉛が順次に積層された二重断熱構造であることを特徴とする請求項７に記載の拡散システム。
11. 前記バッファケースは前記メインチャンバーのドア部及び排気口を外部から遮断する密閉構造を持ち、前記ドア部及び前記排気口と連結された排気チューブに冷却用ガスを噴出するシャワーノズルが形成されたことを特徴とする請求項７に記載の拡散システム。
12. 前記廃ガス排気システムは前記高温の廃ガスによる排気チューブの弛みを防止し、前記廃ガスを冷却する支持システムと、
    前記廃ガスを最終的に外部に排出するスクラバーと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の拡散システム。
13. 前記支持システムは前記排気チューブの熱膨張による弛みを防止するために前記排気チューブを半径方向に支持するバネ支持部と、
    前記排気チューブの軸方向熱膨張を回避し、表面積を広げて前記廃ガスを冷却させるベローズと、を含むことを特徴とする請求項１２に記載の拡散システム。
14. ウェーハとガスとの反応が起きるメインチャンバーにドーピングガスを含む混合ガスを供給するプレミキサーにおいて、
    プレミキサー容器本体と、
    前記ドーピングガス及び前記ドーピングガスと反応するガスが供給される一つ以上のガス移送チューブと、
    前記プレミキサー容器本体内の混合ガスをメインチャンバーに供給する混合ガス供給チューブと、
    前記プレミキサーの温度を調節するプレミキサー加熱部と、を含むことを特徴とするプレミキサー。
15. 前記ガス移送チューブは、前記プレミキサー容器本体内部に延設されてガスを噴射することを特徴とする請求項１４に記載のプレミキサー。
16. 前記プレミキサー容器本体の混合ガス供給チューブにガスを排出する部位は、前記容器本体角部の渦流を防止するためにテーパーまたはコーン状に形成させたことを特徴とする請求項１４に記載のプレミキサー。
17. 前記混合ガス供給チューブの直径は前記ガス移送チューブの直径の１．７倍以上であることを特徴とする請求項１４に記載のプレミキサー。
18. ウェーハとガスとの反応が起きるシステムのメインチャンバーにおいて、
    前記メインチャンバーの一側部に形成されて雰囲気ガスを噴出する雰囲気ガスノズル部と、
    前記雰囲気ガスノズル部の雰囲気ガス噴射方向と重なるようにドーピングガスを含む混合ガスを噴射する混合ガス噴射ノズル部と、
    ウェーハが出入りするドア部と、
    ウェーハと反応後に残留する廃ガスを外部に排出する排気口と、を含むことを特徴とする拡散システムのメインチャンバー。
19. 前記混合ガスノズル部は、前記メインチャンバー内部に延びて前記雰囲気ガスノズル部方向に形成された混合ガスチューブの端部に形成されたバックノズルであることを特徴とする請求項１８に記載の拡散システムのメインチャンバー。
20. 前記雰囲気ガスノズル部により雰囲気ガスを供給する雰囲気ガスチューブと連結されて、前記雰囲気ガスチューブに反応ガスを供給する反応ガスチューブをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の拡散システムのメインチャンバー。
21. 前記ドア部は石英及び黒鉛が順次に積層された二重断熱構造であることを特徴とする請求項１８に記載の拡散システムのメインチャンバー。
22. ウェーハとガスとの反応が起きた後、メインチャンバー内に残留する廃ガスを排気する廃ガス排気システムにおいて、
    前記メインチャンバーの排気口を通じて排出される廃ガスが移動する排気チューブと、
    高温の廃ガスによる前記排気チューブの弛みを防止し、廃ガスを冷却する支持システムと、
    その端部に連結された真空ポンプにより廃ガスを最終的に外部に排出するスクラバーと、を含むことを特徴とする廃ガス排気システム。
23. 前記支持システムは前記排気チューブの熱膨張による半径方向の弛みを防止するために前記チューブを軸方向に支持するバネ支持部と、
    前記排気チューブの軸方向の熱膨張を回避し、表面積を広げて前記廃ガスを冷却させるベローズと、を含むことを特徴とする請求項２２に記載の廃ガス排気システム。
24. 前記メインチャンバーの排気口と連結された排気チューブに対して低温の不活性ガスを噴射して排気チューブ内の廃ガスを冷却させるシャワーノズルをさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載の廃ガス排気システム。