JP3779167B2 - スリット型工程ガス引込み部と多孔構造の廃ガス排出部とを含む工程チューブ及び半導体素子の製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の製造装置に係り、詳細にはチューブを使用する化学気相蒸着装置または酸化／拡散装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化膜、窒化膜、ＢＳＴ及び非晶質または多結晶シリコン膜のような膜質を半導体基板上に成膜する低圧化学気相蒸着（ＬＰＣＶＤ）装置はウエハを搭載して処理する方式により、枚葉式及び配置式に区分される。これら配置方式のＬＰＣＶＤ装置は多数のウエハを石英よりなったボートに搭載して工程チューブ内にローディングし、形成しようとする薄膜に適したガスを工程内に流しつつ適正な温度と真空圧力を利用して薄膜を形成する。
【０００３】
前記ＬＰＣＶＤ装置の構成は、大きく石英を材質とする工程チューブと、前記工程チューブの中に構成される工程ガス引込み部と、前記工程ガス引込み部から供給された工程ガスを排出させる廃ガス排出部と、前記工程チューブに熱を供給する役割を果たすヒーティングチャンバと、前記工程ガス引込み部と連結したガスコントロールシステムと、前記廃ガス排出部と連結した真空ポンプ及び前記真空ポンプで抜き取った廃ガスを洗浄するガス洗浄器より構成される。
【０００４】
縦型にウエハをボートに積載する一般的な配置型ＬＰＣＶＤ装置では、前記工程ガス引込み部が工程チューブの中でガスノズル状に構成される。従って、前記ガスノズルに形成された穴を通じて工程チューブに工程ガスを流す。
しかし前述の一般的な方式のＬＰＣＶＤ装置の工程ガス引込み部は次のような問題点を持っている。
【０００５】
第一に、３００ｍｍウエハのような大口径化されたウエハを加工する場合に、成膜速度があまり遅くて装置の効率が落ちる。一例として、ポリシリコン膜を加工する場合には膜質の成膜速度が１２Å／ｍｉｎであり、１０，０００Åのポリシリコン膜を形成する場合、約１４時間という長い工程進行時間が要求される。従って、全体工程を通じて見る時、ボトルネック(bottle neck)現象が生じる。このようなボトルネック現象を防止し、半導体素子製造工程の全体的な生産性を上げるためには、装置の台数を増やす必要がある。
【０００６】
さらに、不純物が含まれた酸化膜のような特定薄膜を形成する場合、薄膜形成ガス、たとえば、ＳｉＨ4、ＰＨ3のようなガスの使用量が多いために、ガス容器を頻繁に交換しなければならず、ガスの使用量を遂時点検して薄膜形成の最中に薄膜形成のためのガスがなくならないようにせねばならない。従って、これを管理しなければならない多くの人力が必要になる。このように薄膜形成工程にて要求される多くのＬＰＣＶＤ装置の台数／人力は製造コストの側面でも負担を与えて競争力を低下させる原因になる。
【０００７】
第二に、３００ｍｍウエハのような大口径化されたウエハを加工する場合には膜質の均一度が落ちてウエハ内に形成された半導体素子の信頼性を低下させることがある。
【０００８】
第三に、工程ガスが注入される通路の小さな穴に化学気相蒸着工程で未反応ガスが吸着されてパーティクル発生の原因になる。一般的なガスノズルの穴の大きさは０．５〜０．８ｍｍの大きさであるが、ガスが注入されつつガスノズル穴の周辺に未反応性ガスがパーティクル状に吸着された異物が生じる。このようなパーティクル形の異物によりガスノズルを周期的あるいは非周期的に交換しなければならず、前記パーティクル形の異物が半導体基板に落ちることにより多くの種類の工程欠陥を誘発する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする技術的課題は大口径化されたウエハを利用して薄膜を形成する時、成膜速度を出しつつ膜質の均一度を維持し、パーティクルの発生を防止できる半導体素子製造用工程チューブを提供するところにある。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は前記工程チューブを含む半導体素子の製造装置を提供するところにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題を解決するために本発明は、所定の厚さを持つ円筒形のチューブ本体の第１側には円周方向に帯状の陥没部が垂直方向に複数形成されていて、前記各陥没部の底部には工程ガスを供給できるスリット状の工程ガス引込み部と、前記工程ガス引込み部に対向する円筒チューブ本体の第２側には工程遂行後の廃ガスを排出でき、垂直方向に複数形成されている廃ガス排出部を具備することを特徴とする半導体素子製造用工程チューブを提供する。
【００１１】
前記チューブ本体は前記第１側の内部に円筒の円周方向に沿った空間（inner space）として構成され、前記工程ガス引込み部と連結したバッファ(buffer)用ガス配管と、前記第２側内部に円筒の円周方向に沿った空間として構成され、前記廃ガス排出部と連結したガス排気配管とを具備することが適当である。
【００１２】
ここで、前記バッファ用ガス配管は前記チューブ本体に構成されたガス引込み配管と複数の連結通路を通じて連結し、前記ガス引込み配管はまたガスコントロールシステム配管と連結することが適し、前記ガス排気配管は真空ポンプ配管と連結することが望ましい。
【００１３】
前記工程ガス引込み部及び前記排ガス排出部は前記第１側及び第２側にて１６０度の範囲内で形成されることが適し、前記工程ガス引込み部は少なくとも一つ以上であり、望ましくは、中央、左側及び右側に三カ所形成されたことが適し、前記廃ガス排出部は渦巻き現象を防止できるように一定間隔に互いに離隔されて複数形成されたことが適している。
【００１４】
本発明の望ましい実施形態によれば、前記工程チューブは上部が密閉された形であることが適している。
前記他の目的を達成するために本発明は、所定の厚さを持つ円筒形チューブ本体の第１側に円周方向に帯状の陥没部が垂直方向に複数形成されていて、前記各陥没部の底部には工程ガスを供給できるスリットが形成されている工程ガス引込み部が構成され、前記工程ガス引込み部に対向する前記円筒形チューブ本体の第２側には工程遂行後の廃ガスを排出できる排出口が垂直方向に形成されている廃ガス排出部が構成されている工程チューブと、前記工程チューブの外部にて前記工程チューブに熱を加えることができるヒーティングチャンバと、前記工程チューブのガス引込み部にガスを供給するガスコントロールシステム配管と、前記工程チューブの廃ガス排出部と連結する真空ポンプ配管と、工程遂行用ウエハを水平に複数積載して前記工程内に往復移動できるボートとを具備することを特徴とする半導体素子の製造装置を提供する。
【００１５】
本発明の望ましい実施形態によれば、前記半導体素子の製造装置は、ＬＰＣＶＤ装置または酸化／拡散装置であることが適している。
前記ボートは、薄膜が形成される間に１〜７０ＲＰＭの速度で回転することが適し、ウエハが置かれる石英平板同士のピッチが３．５〜１５ｍｍの範囲であることが適している。
【００１６】
また、前記ガスコントロールシステム配管は前記工程チューブより構成されたガス引込み配管及びバッファ用ガス配管を通じて前記工程ガス引込み部と連結し、前記バッファ用ガス配管の圧力は１〜４０ｔｏｒｒの範囲であることが望ましい。
【００１７】
本発明によれば、スリット型の工程ガス引込み部と多孔性廃ガス排出部が工程チューブ内にどちらも形成された一体型工程チューブを利用して工程チューブ内部に工程ガスの供給機能と排出機能とを強化することで、大口径化されたウエハより薄膜を形成する時に成膜速度を改善できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。
図１は本発明による半導体素子の製造装置の概略的な断面図である。
図１を参照すれば、本発明による半導体素子の製造装置は、工程チューブ１００と、ボート２００、ヒーティングチャンバ３００、ガスコントロールシステム配管４００及び真空ポンプ配管５００よりなされる。前記工程チューブ１００は石英を材質として、上部が密閉されて一定の厚さを持つ円筒形構造である。また、前記工程チューブはスリット型の工程ガス引込み部１５０と、多孔の廃ガス排出部１８０であり、前記工程チューブ１００の本体内で前記工程ガス引込み部１５０及び廃ガス排出部１８０が一体型に構成された特徴を持っている。
【００１９】
前記ＬＰＣＶＤ装置は、一定期間使用した後でこれを解体し、工程チューブ１００に付着した薄膜を除去しなければならない。これは湿式洗浄方式あるいはＣＬＦ3ガスを使用してインサイチュ(in-situ)洗浄で除去する。
【００２０】
この時、既存の分離型の場合には、内部工程チューブ、外部工程チューブ、ガスノズルなどに累積された薄膜が全て付着している。従って、それぞれの累積された薄膜を洗浄するのに多くの時間と人力及び広い場所が要求される。さらに、これを再び組み立てる時、若干の誤整列が発生しても装置の性能が変化するために、組立てに多くの問題が生じる。さらに、解体して組み立てる時、石英よりなった工程チューブに衝撃が生じて壊れたり、傷がついたり、ひびが入ったりすることが生じる可能性が高かった。
【００２１】
しかし、本発明のような一つの工程チューブ１００内に工程ガス引込み部１５０及び廃ガス排出部１８０を一体型に作れば、装置を維持保守するにあたり、前述した問題点を防止できる。さらに、装置の性能において信頼性、再現性の側面でも既存の分離型と比較して優れた特徴を持つ。このような工程チューブ１００の内部構造特徴に関して後に続く図面を参照してより一層詳細に説明する。
【００２２】
前記ボート２００は、前記工程チューブ１００の円筒内部にて多数のウエハ２１０を積載し上下運動を行う手段であって石英を材質とする。前記ヒーティングチャンバ３００は前記工程チューブ１００外部にて工程チューブ１００に熱を加える手段として本発明では円筒形として構成される。前記ガスコントロールシステム配管４００はガスコントロールシステム６００から前記工程チューブ１００の工程ガス引込み部１５０にガスを供給する通路である。前記ガスコントロールシステム６００は薄膜を形成するためのガスを混合しパージさせ、流すガス量を調節するシステムを意味する。
【００２３】
真空ポンプ配管５００は、前記工程チューブ１００の廃ガス排出部１８０と連結して薄膜形成工程を行った後、生じる廃ガスを工程チューブ１００外部に抜き取る通路であって真空ポンプ７００の作動により運用される。従って、真空ポンプ７００を通じて工程チューブ１００の内部から抜き取られた廃ガスは再びガス洗浄器（図示せず）にて安全及び環境に適したガスに置換される燃焼及び吸着の加工工程をたどった後で最終的に建物外に排出される。
【００２４】
図２は本発明による半導体素子の製造装置において工程チューブの工程ガス引込み部を説明するために図示した概略的な斜視図である。
図２は工程チューブ１００から工程ガスが引込まれる過程を説明するための斜視図であり、工程チューブ１００の第１側を示す。工程ガスはガスコントロールシステム配管４００を通じ工程チューブ１００の本体１１０内部に流入する。前記工程チューブ１００内部に流入した工程ガスは、再びガス引込み配管１２０に流れ入り、前記ガス引込み配管１２０内のガスは複数の連結通路１４０を通じてバッファ用ガス配管１３０に流れ入る。その後、工程ガスは穴でないスリット形状より構成された工程ガス引込み部１５０を通じてボート（図１の２００）のウエハに噴射される。
【００２５】
前記スリット状の工程ガス引込み部１５０が構成されたチューブ本体１１０の第１側の内表面には陥没部１６０が構成されている。前記陥没部１６０はチューブ本体１１０の第１側の内表面を四角形の溝に削った部分であり、工程ガスが直進性をもってボートにあるウエハに噴射される通路の役割を果たす。前記四角形の溝に削った陥没部１６０の形は他の形に変形が可能である。すなわち、工程ガスの流れに直進性を向上させることができる構造ならばどんな形でも変形させることができる。
【００２６】
従って、既存のＬＰＣＶＤ装置では、工程チューブと別個の構造物として構成されたノズルの穴を通じて工程ガスを流したのであるが、本発明ではスリット状のガス引込み部１５０と陥没部１６０を通じてボートに搭載されたウエハに工程ガスを方向性あるように噴射する。従って、既存方式より多量の工程ガスをボートにあるウエハに流すことができ、これにより薄膜の成長速度を早くできる。この時、工程ガス引込み部１５０の圧力は１〜４０ｔｏｒｒであり、既存の約１．５ｔｏｒｒに比べて顕著に圧力を上げるのが適している。
【００２７】
既存のノズル形の工程ガス引込み部を使用した場合、ポリシリコン膜の成長速度が１３Å／ｍｉｎと低調であったが、本発明のような構造を採択してポリシリコン膜を形成した場合、１２０〜１５０Å／ｍｉｎの成膜速度を示して薄膜の形成速度が顕著に改善されることを示した。
【００２８】
図３は本発明による半導体素子の製造装置において、工程チューブの廃ガス排出部を説明するために図示した概略的な斜視図である。図３を参照すれば、チューブ本体１１０の第２側にて内部の円周方向に沿った空間として構成されたガス排気配管１７０が構成されていて、前記ガス排気配管１７０は多孔の廃ガス排出部１８０と連結している。この時、前記廃ガス排出部１８０は複数の穴がチューブ本体１１０の第２側内表面に沿って一定間隔に離隔形成された構造である。
【００２９】
前述した本発明による工程ガス引込み部はスリット形であり、ガス噴射がウエハ当り１：１方式で直接的になされる。
この時、工程ガス引込み部と廃ガス排出部１８０間にて真空の渦巻き発生を均一に制御するのかということは本発明による工程チューブにおいてかなり重要な問題である。従って、ひし形で互いに一定間隔に離隔されて構成された排ガス排出部１８０は真空の渦巻きを制御しつつ工程チューブ１００内の未反応ガスを排出させるのに適した構造である。前記排ガス排出部１８０の多孔性穴の水平列は前記図２の工程ガス引込み部１５０と１：１に対応させるか、あるいは２：１に対応させることができる。さらに、前記排ガス排出部１８０の穴は楕円、円形などいろいろな形への変形が可能である。
【００３０】
結局、一定間隔に離隔形成されて真空の渦巻き発生を抑制できる形より構成された多孔性廃ガス排出部１８０は前記スリット形の工程ガス引込み部の構造と共に本発明の目的の薄膜の成長速度を改善させる主要な手段の一つとなる。
【００３１】
図４は本発明による半導体素子の製造装置において、工程チューブの排ガス排出部とガス排気配管との連結を説明するために図示した概略的な断面図である。詳細に説明すれば、図３のＩＶ−ＩＶ’を切開した断面であり、チューブ本体１１０内で内部空間(inner space)の排気ガス配管１７０と廃ガス排出部１８０とが互いに直接的に連結したことを示す。
【００３２】
図５は本発明による半導体素子の製造装置において、工程チューブのガス排気配管と真空ポンプ配管との連結を説明するために図示した断面図である。詳細に説明すれば、排ガス排出部１８０と連結した排気ガス配管１７０は再び真空ポンプ配管５００と連結して真空ポンプの作動により工程チューブ内の廃ガスが工程チューブ外部に排出される。
【００３３】
図６はウエハを搭載したボートが本発明による半導体素子の製造装置の工程チューブに投入された時を説明するために図示した平面図である。詳細に説明すれば、前記図２ないし図５を通じて部分的に説明した工程チューブの形は本平面図を通じて全体的に明確に現れる。工程チューブ１００のチューブ本体１１０の第１側には内部に円周方向に沿った空間にバッファ用ガス配管１３０が構成され、前記バッファ用ガス配管１３０はスリット状の工程ガス引込み部１５０及びガス引込み配管１２０と連結し、ガス引込み配管１２０は再びガスコントロールシステム配管４００と連結することが分かる。本実施形態では３つのガスコントロールシステム配管４００が構成されたことを一例に説明したが、これは１つのガスコントロールシステム配管４００を設置する形に変形が可能である。
【００３４】
さらに、工程チューブ１００のチューブ本体１１０の第２側内部に構成されたガス排気配管１７０は、チューブ本体１１０の内表面に構成された排ガス排出部１８０及び真空ポンプ配管５００と連結する。この時、前記工程ガス引込み部１５０及び廃ガス排出部１８０がチューブ本体１１０に構成される角度（θ１、θ２）は１６０度以内であり、ウエハ２１０上にハンティング部分が最小化されるようにした。ここで、前記ハンティング部分はボートが回転しない時、工程ガス引込み部１５０と排ガス排出部１８０間の気流の流れにより薄膜が蒸着されない部分を示す。
【００３５】
図面にて参照符号２２０はウエハ２１０を搭載するボートの支持棒を指す。さらに、工程チューブ１００にて第１側は前記θ１の角度内にある部分を指し、第２側は前記θ２の角度内にある部分を指す。
【００３６】
図７は本発明による半導体素子の製造装置において、工程チューブの陥没部と工程ガス引込み部の構造を説明するために図示した斜視図である。詳細に説明すれば、チューブ本体１１０の第１側にて一つの陥没部１６０内に構成されるスリット形の工程ガス引込み部１５０の形を示す。前記工程ガス引込み部１５０はθ１（図６参照）の角度内において中央、左側及び右側の三カ所に構成される。
【００３７】
前記スリットの形は楕円、ひし形あるいは直四角形のさまざまな形に変形が可能であるが、本発明では水平方向の長さが垂直方向の長さより長くて閉曲線形ならばどんな形をしてもこれをスリットと限定する。そして本発明ではスリットの数を３つと例示したが、これは調整が可能である。
【００３８】
従って、従来にはノズルの穴を通じガスを注入する方式であったが、本発明ではスリット状のガス引込み部１５０と陥没部１６０とを利用してより多くの量の工程ガスを工程内に噴射させることにより、工程ガスの大部分が直進性をもち工程チューブ内で加工されるウエハの上に流れる。従って、ボートのウエハにて形成される薄膜の成長速度を大きく改善できる。
【００３９】
さらに、既存のガスノズル穴を通じてガスを注入する方式では、ＰＨ3のような特定の薄膜形成ガスの注入が円滑でなく、ＰＨ3と共に供給されるガスであるＳｉＨ4の供給量も制限されて成膜速度を落とした。しかし、本発明のようなスリット状のガス引込み部１５０はＰＨ3ガスの注入を円滑にできるために薄膜の成膜速度をポリシリコンの場合、１２／ｍｉｎから１００／ｍｉｎに画期的に増やすことができる。
【００４０】
図８は本発明による半導体素子の製造装置の工程チューブ内にて、ウエハが処理される過程を説明するために図示した断面図である。詳細に説明すれば、チューブ本体１１０内には薄膜形成のためのウエハ２１０が配置方式にボート２００に載って投入される。従来には１００枚以上のウエハがボートに搭載されたが、本発明ではボートに搭載されるウエハの枚数が５０〜８０枚の間が適している。従って、ボート２００の石英平板２３０間のピッチが、従来には３．５〜１２ｍｍの間と多少狭かったが、本発明では石英平板２３０間のピッチを３．５〜１５ｍｍに広く構成することが望ましい。図面にて参照符号２４０はウエハ装着手段を指す。
【００４１】
さらに、薄膜が形成される間にボート２００の回転速度が既存には１−９ＲＰＭと多少遅かった。しかし、本発明ではスリット型の工程ガス引込み部１５０を通じて多量の工程ガスがウエハ上部に噴射され、さらに多孔性の廃ガス排出部１８０を通じて排ガスが排出されるためにボート２００の回転速度を１−７０ＲＰＭの水準に増加させることが適している。従って、ウエハに形成される薄膜に対する膜質の均一度を既存と同等に維持できる。
【００４２】
本図面ではボート２００の形をリング形ボートを一例に例示したが、これは本発明が技術的特徴を含む範囲内で他の形、たとえばスロットタイプなどの他の形に変形して適用できる。
工程チューブ内の温度は形成される薄膜が窒化膜の場合４５０〜７５０℃、高温酸化膜の場合には８００〜９００℃、シリサイド膜の場合には１０００〜１２００℃の範囲にて調整することが望ましい。
【００４３】
【発明の効果】
前述した本発明によれば、最初、チューブを使用する半導体装置、たとえばＬＰＣＶＤにて薄膜の形成速度を改善することにより装置の効率を上げて生産性を向上させることができる。このような効果はウエハの口径が大口径の場合により一層効果的である。
【００４４】
第二に、大口径化されたウエハにて薄膜を形成する場合、形成される膜質の均一度が落ちる問題を防止できる。
第三に、工程ガスが注入される通路が小さな穴からスリット型に大きくなることにより、未反応ガスが工程ガス引込み部に吸着されて引き起こされるパーティクル発生を抑制できる。
本発明は前記した実施形態に限定されずに、本発明が属する技術的思想内で当分野の通常の知識を持った者により多くの変形が可能であることが明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による半導体素子の製造装置の概略的な断面図である。
【図２】 本発明による半導体素子の製造装置において、工程チューブの工程ガス引込み部を説明するために図示した概略的な斜視図である。
【図３】 本発明による半導体素子の製造装置において、工程チューブの廃ガス排出部を説明するために図示した概略的な斜視図である。
【図４】 本発明による半導体素子の製造装置において、工程チューブの排ガス排出部とガス排気配管との連結を説明するために図示した断面図である。
【図５】 本発明による半導体素子の製造装置において、工程チューブのガス排気配管と真空ポンプ配管との連結を説明するために図示した断面図である。
【図６】 ウエハを搭載したボートが本発明による半導体素子の製造装置の工程チューブに投入された時を説明するために図示した平面図である。
【図７】 本発明による半導体素子の製造装置において、工程チューブの陥没部と工程ガス引込み部の構造を説明するために図示した斜視図である。
【図８】 本発明による半導体素子の製造装置の工程チューブ内にてウエハが処理される過程を説明するために図示した断面図である。
【符号の説明】
１００ 工程チューブ
１５０ 工程ガス引込み部
１８０ 排ガス排出部
２００ ポート
２１０ ウエハ
３００ ヒーティングチャンバ
４００ ガスコントロールシステム配管
５００ 真空チャンバ配管
６００ ガス制御装置
７００ 真空ポンプ
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の製造装置に係り、詳細にはチューブを使用する化学気相蒸着装置または酸化／拡散装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化膜、窒化膜、ＢＳＴ及び非晶質または多結晶シリコン膜のような膜質を半導体基板上に成膜する低圧化学気相蒸着（ＬＰＣＶＤ）装置はウエハを搭載して処理する方式により、枚葉式及び配置式に区分される。これら配置方式のＬＰＣＶＤ装置は多数のウエハを石英よりなったボートに搭載して工程チューブ内にローディングし、形成しようとする薄膜に適したガスを工程内に流しつつ適正な温度と真空圧力を利用して薄膜を形成する。
【０００３】
前記ＬＰＣＶＤ装置の構成は、大きく石英を材質とする工程チューブと、前記工程チューブの中に構成される工程ガス引込み部と、前記工程ガス引込み部から供給された工程ガスを排出させる廃ガス排出部と、前記工程チューブに熱を供給する役割を果たすヒーティングチャンバと、前記工程ガス引込み部と連結したガスコントロールシステムと、前記廃ガス排出部と連結した真空ポンプ及び前記真空ポンプで抜き取った廃ガスを洗浄するガス洗浄器より構成される。
【０００４】
縦型にウエハをボートに積載する一般的な配置型ＬＰＣＶＤ装置では、前記工程ガス引込み部が工程チューブの中でガスノズル状に構成される。従って、前記ガスノズルに形成された穴を通じて工程チューブに工程ガスを流す。
しかし前述の一般的な方式のＬＰＣＶＤ装置の工程ガス引込み部は次のような問題点を持っている。
【０００５】
第一に、３００ｍｍウエハのような大口径化されたウエハを加工する場合に、成膜速度があまり遅くて装置の効率が落ちる。一例として、ポリシリコン膜を加工する場合には膜質の成膜速度が１２Å／ｍｉｎであり、１０，０００Åのポリシリコン膜を形成する場合、約１４時間という長い工程進行時間が要求される。従って、全体工程を通じて見る時、ボトルネック(bottle neck)現象が生じる。このようなボトルネック現象を防止し、半導体素子製造工程の全体的な生産性を上げるためには、装置の台数を増やす必要がある。
【０００６】
さらに、不純物が含まれた酸化膜のような特定薄膜を形成する場合、薄膜形成ガス、たとえば、ＳｉＨ4、ＰＨ3のようなガスの使用量が多いために、ガス容器を頻繁に交換しなければならず、ガスの使用量を遂時点検して薄膜形成の最中に薄膜形成のためのガスがなくならないようにせねばならない。従って、これを管理しなければならない多くの人力が必要になる。このように薄膜形成工程にて要求される多くのＬＰＣＶＤ装置の台数／人力は製造コストの側面でも負担を与えて競争力を低下させる原因になる。
【０００７】
第二に、３００ｍｍウエハのような大口径化されたウエハを加工する場合には膜質の均一度が落ちてウエハ内に形成された半導体素子の信頼性を低下させることがある。
【０００８】
第三に、工程ガスが注入される通路の小さな穴に化学気相蒸着工程で未反応ガスが吸着されてパーティクル発生の原因になる。一般的なガスノズルの穴の大きさは０．５〜０．８ｍｍの大きさであるが、ガスが注入されつつガスノズル穴の周辺に未反応性ガスがパーティクル状に吸着された異物が生じる。このようなパーティクル形の異物によりガスノズルを周期的あるいは非周期的に交換しなければならず、前記パーティクル形の異物が半導体基板に落ちることにより多くの種類の工程欠陥を誘発する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする技術的課題は大口径化されたウエハを利用して薄膜を形成する時、成膜速度を出しつつ膜質の均一度を維持し、パーティクルの発生を防止できる半導体素子製造用工程チューブを提供するところにある。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は前記工程チューブを含む半導体素子の製造装置を提供するところにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題を解決するために本発明は、所定の厚さを持つ円筒形のチューブ本体の第１側には円周方向に帯状の陥没部が垂直方向に複数形成されていて、前記各陥没部の底部には工程ガスを供給できるスリット状の工程ガス引込み部と、前記工程ガス引込み部に対向する円筒チューブ本体の第２側には工程遂行後の廃ガスを排出でき、垂直方向に複数形成されている廃ガス排出部を具備することを特徴とする半導体素子製造用工程チューブを提供する。
【００１１】
前記チューブ本体は前記第１側の内部に円筒の円周方向に沿った空間（inner space）として構成され、前記工程ガス引込み部と連結したバッファ(buffer)用ガス配管と、前記第２側内部に円筒の円周方向に沿った空間として構成され、前記廃ガス排出部と連結したガス排気配管とを具備することが適当である。
【００１２】
ここで、前記バッファ用ガス配管は前記チューブ本体に構成されたガス引込み配管と複数の連結通路を通じて連結し、前記ガス引込み配管はまたガスコントロールシステム配管と連結することが適し、前記ガス排気配管は真空ポンプ配管と連結することが望ましい。
【００１３】
前記工程ガス引込み部及び前記排ガス排出部は前記第１側及び第２側にて１６０度の範囲内で形成されることが適し、前記工程ガス引込み部は少なくとも一つ以上であり、望ましくは、中央、左側及び右側に三カ所形成されたことが適し、前記廃ガス排出部は渦巻き現象を防止できるように一定間隔に互いに離隔されて複数形成されたことが適している。
【００１４】
本発明の望ましい実施形態によれば、前記工程チューブは上部が密閉された形であることが適している。
前記他の目的を達成するために本発明は、所定の厚さを持つ円筒形チューブ本体の第１側に円周方向に帯状の陥没部が垂直方向に複数形成されていて、前記各陥没部の底部には工程ガスを供給できるスリットが形成されている工程ガス引込み部が構成され、前記工程ガス引込み部に対向する前記円筒形チューブ本体の第２側には工程遂行後の廃ガスを排出できる排出口が垂直方向に形成されている廃ガス排出部が構成されている工程チューブと、前記工程チューブの外部にて前記工程チューブに熱を加えることができるヒーティングチャンバと、前記工程チューブのガス引込み部にガスを供給するガスコントロールシステム配管と、前記工程チューブの廃ガス排出部と連結する真空ポンプ配管と、工程遂行用ウエハを水平に複数積載して前記工程内に往復移動できるボートとを具備することを特徴とする半導体素子の製造装置を提供する。
【００１５】
本発明の望ましい実施形態によれば、前記半導体素子の製造装置は、ＬＰＣＶＤ装置または酸化／拡散装置であることが適している。
前記ボートは、薄膜が形成される間に１〜７０ＲＰＭの速度で回転することが適し、ウエハが置かれる石英平板同士のピッチが３．５〜１５ｍｍの範囲であることが適している。
【００１６】
また、前記ガスコントロールシステム配管は前記工程チューブより構成されたガス引込み配管及びバッファ用ガス配管を通じて前記工程ガス引込み部と連結し、前記バッファ用ガス配管の圧力は１〜４０ｔｏｒｒの範囲であることが望ましい。
【００１７】
本発明によれば、スリット型の工程ガス引込み部と多孔性廃ガス排出部が工程チューブ内にどちらも形成された一体型工程チューブを利用して工程チューブ内部に工程ガスの供給機能と排出機能とを強化することで、大口径化されたウエハより薄膜を形成する時に成膜速度を改善できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。
図１は本発明による半導体素子の製造装置の概略的な断面図である。
図１を参照すれば、本発明による半導体素子の製造装置は、工程チューブ１００と、ボート２００、ヒーティングチャンバ３００、ガスコントロールシステム配管４００及び真空ポンプ配管５００よりなされる。前記工程チューブ１００は石英を材質として、上部が密閉されて一定の厚さを持つ円筒形構造である。また、前記工程チューブはスリット型の工程ガス引込み部１５０と、多孔の廃ガス排出部１８０であり、前記工程チューブ１００の本体内で前記工程ガス引込み部１５０及び廃ガス排出部１８０が一体型に構成された特徴を持っている。
【００１９】
前記ＬＰＣＶＤ装置は、一定期間使用した後でこれを解体し、工程チューブ１００に付着した薄膜を除去しなければならない。これは湿式洗浄方式あるいはＣＬＦ3ガスを使用してインサイチュ(in-situ)洗浄で除去する。
【００２０】
この時、既存の分離型の場合には、内部工程チューブ、外部工程チューブ、ガスノズルなどに累積された薄膜が全て付着している。従って、それぞれの累積された薄膜を洗浄するのに多くの時間と人力及び広い場所が要求される。さらに、これを再び組み立てる時、若干の誤整列が発生しても装置の性能が変化するために、組立てに多くの問題が生じる。さらに、解体して組み立てる時、石英よりなった工程チューブに衝撃が生じて壊れたり、傷がついたり、ひびが入ったりすることが生じる可能性が高かった。
【００２１】
しかし、本発明のような一つの工程チューブ１００内に工程ガス引込み部１５０及び廃ガス排出部１８０を一体型に作れば、装置を維持保守するにあたり、前述した問題点を防止できる。さらに、装置の性能において信頼性、再現性の側面でも既存の分離型と比較して優れた特徴を持つ。このような工程チューブ１００の内部構造特徴に関して後に続く図面を参照してより一層詳細に説明する。
【００２２】
前記ボート２００は、前記工程チューブ１００の円筒内部にて多数のウエハ２１０を積載し上下運動を行う手段であって石英を材質とする。前記ヒーティングチャンバ３００は前記工程チューブ１００外部にて工程チューブ１００に熱を加える手段として本発明では円筒形として構成される。前記ガスコントロールシステム配管４００はガスコントロールシステム６００から前記工程チューブ１００の工程ガス引込み部１５０にガスを供給する通路である。前記ガスコントロールシステム６００は薄膜を形成するためのガスを混合しパージさせ、流すガス量を調節するシステムを意味する。
【００２３】
真空ポンプ配管５００は、前記工程チューブ１００の廃ガス排出部１８０と連結して薄膜形成工程を行った後、生じる廃ガスを工程チューブ１００外部に抜き取る通路であって真空ポンプ７００の作動により運用される。従って、真空ポンプ７００を通じて工程チューブ１００の内部から抜き取られた廃ガスは再びガス洗浄器（図示せず）にて安全及び環境に適したガスに置換される燃焼及び吸着の加工工程をたどった後で最終的に建物外に排出される。
【００２４】
図２は本発明による半導体素子の製造装置において工程チューブの工程ガス引込み部を説明するために図示した概略的な斜視図である。
図２は工程チューブ１００から工程ガスが引込まれる過程を説明するための斜視図であり、工程チューブ１００の第１側を示す。工程ガスはガスコントロールシステム配管４００を通じ工程チューブ１００の本体１１０内部に流入する。前記工程チューブ１００内部に流入した工程ガスは、再びガス引込み配管１２０に流れ入り、前記ガス引込み配管１２０内のガスは複数の連結通路１４０を通じてバッファ用ガス配管１３０に流れ入る。その後、工程ガスは穴でないスリット形状より構成された工程ガス引込み部１５０を通じてボート（図１の２００）のウエハに噴射される。
【００２５】
前記スリット状の工程ガス引込み部１５０が構成されたチューブ本体１１０の第１側の内表面には陥没部１６０が構成されている。前記陥没部１６０はチューブ本体１１０の第１側の内表面を四角形の溝に削った部分であり、工程ガスが直進性をもってボートにあるウエハに噴射される通路の役割を果たす。前記四角形の溝に削った陥没部１６０の形は他の形に変形が可能である。すなわち、工程ガスの流れに直進性を向上させることができる構造ならばどんな形でも変形させることができる。
【００２６】
従って、既存のＬＰＣＶＤ装置では、工程チューブと別個の構造物として構成されたノズルの穴を通じて工程ガスを流したのであるが、本発明ではスリット状のガス引込み部１５０と陥没部１６０を通じてボートに搭載されたウエハに工程ガスを方向性あるように噴射する。従って、既存方式より多量の工程ガスをボートにあるウエハに流すことができ、これにより薄膜の成長速度を早くできる。この時、工程ガス引込み部１５０の圧力は１〜４０ｔｏｒｒであり、既存の約１．５ｔｏｒｒに比べて顕著に圧力を上げるのが適している。
【００２７】
既存のノズル形の工程ガス引込み部を使用した場合、ポリシリコン膜の成長速度が１３Å／ｍｉｎと低調であったが、本発明のような構造を採択してポリシリコン膜を形成した場合、１２０〜１５０Å／ｍｉｎの成膜速度を示して薄膜の形成速度が顕著に改善されることを示した。
【００２８】
図３は本発明による半導体素子の製造装置において、工程チューブの廃ガス排出部を説明するために図示した概略的な斜視図である。図３を参照すれば、チューブ本体１１０の第２側にて内部の円周方向に沿った空間として構成されたガス排気配管１７０が構成されていて、前記ガス排気配管１７０は多孔の廃ガス排出部１８０と連結している。この時、前記廃ガス排出部１８０は複数の穴がチューブ本体１１０の第２側内表面に沿って一定間隔に離隔形成された構造である。
【００２９】
前述した本発明による工程ガス引込み部はスリット形であり、ガス噴射がウエハ当り１：１方式で直接的になされる。
この時、工程ガス引込み部と廃ガス排出部１８０間にて真空の渦巻き発生を均一に制御するのかということは本発明による工程チューブにおいてかなり重要な問題である。従って、ひし形で互いに一定間隔に離隔されて構成された排ガス排出部１８０は真空の渦巻きを制御しつつ工程チューブ１００内の未反応ガスを排出させるのに適した構造である。前記排ガス排出部１８０の多孔性穴の水平列は前記図２の工程ガス引込み部１５０と１：１に対応させるか、あるいは２：１に対応させることができる。さらに、前記排ガス排出部１８０の穴は楕円、円形などいろいろな形への変形が可能である。
【００３０】
結局、一定間隔に離隔形成されて真空の渦巻き発生を抑制できる形より構成された多孔性廃ガス排出部１８０は前記スリット形の工程ガス引込み部の構造と共に本発明の目的の薄膜の成長速度を改善させる主要な手段の一つとなる。
【００３１】
図４は本発明による半導体素子の製造装置において、工程チューブの排ガス排出部とガス排気配管との連結を説明するために図示した概略的な断面図である。詳細に説明すれば、図３のＩＶ−ＩＶ’を切開した断面であり、チューブ本体１１０内で内部空間(inner space)の排気ガス配管１７０と廃ガス排出部１８０とが互いに直接的に連結したことを示す。
【００３２】
図５は本発明による半導体素子の製造装置において、工程チューブのガス排気配管と真空ポンプ配管との連結を説明するために図示した断面図である。詳細に説明すれば、排ガス排出部１８０と連結した排気ガス配管１７０は再び真空ポンプ配管５００と連結して真空ポンプの作動により工程チューブ内の廃ガスが工程チューブ外部に排出される。
【００３３】
図６はウエハを搭載したボートが本発明による半導体素子の製造装置の工程チューブに投入された時を説明するために図示した平面図である。詳細に説明すれば、前記図２ないし図５を通じて部分的に説明した工程チューブの形は本平面図を通じて全体的に明確に現れる。工程チューブ１００のチューブ本体１１０の第１側には内部に円周方向に沿った空間にバッファ用ガス配管１３０が構成され、前記バッファ用ガス配管１３０はスリット状の工程ガス引込み部１５０及びガス引込み配管１２０と連結し、ガス引込み配管１２０は再びガスコントロールシステム配管４００と連結することが分かる。本実施形態では３つのガスコントロールシステム配管４００が構成されたことを一例に説明したが、これは１つのガスコントロールシステム配管４００を設置する形に変形が可能である。
【００３４】
さらに、工程チューブ１００のチューブ本体１１０の第２側内部に構成されたガス排気配管１７０は、チューブ本体１１０の内表面に構成された排ガス排出部１８０及び真空ポンプ配管５００と連結する。この時、前記工程ガス引込み部１５０及び廃ガス排出部１８０がチューブ本体１１０に構成される角度（θ１、θ２）は１６０度以内であり、ウエハ２１０上にハンティング部分が最小化されるようにした。ここで、前記ハンティング部分はボートが回転しない時、工程ガス引込み部１５０と排ガス排出部１８０間の気流の流れにより薄膜が蒸着されない部分を示す。
【００３５】
図面にて参照符号２２０はウエハ２１０を搭載するボートの支持棒を指す。さらに、工程チューブ１００にて第１側は前記θ１の角度内にある部分を指し、第２側は前記θ２の角度内にある部分を指す。
【００３６】
図７は本発明による半導体素子の製造装置において、工程チューブの陥没部と工程ガス引込み部の構造を説明するために図示した斜視図である。詳細に説明すれば、チューブ本体１１０の第１側にて一つの陥没部１６０内に構成されるスリット形の工程ガス引込み部１５０の形を示す。前記工程ガス引込み部１５０はθ１（図６参照）の角度内において中央、左側及び右側の三カ所に構成される。
【００３７】
前記スリットの形は楕円、ひし形あるいは直四角形のさまざまな形に変形が可能であるが、本発明では水平方向の長さが垂直方向の長さより長くて閉曲線形ならばどんな形をしてもこれをスリットと限定する。そして本発明ではスリットの数を３つと例示したが、これは調整が可能である。
【００３８】
従って、従来にはノズルの穴を通じガスを注入する方式であったが、本発明ではスリット状のガス引込み部１５０と陥没部１６０とを利用してより多くの量の工程ガスを工程内に噴射させることにより、工程ガスの大部分が直進性をもち工程チューブ内で加工されるウエハの上に流れる。従って、ボートのウエハにて形成される薄膜の成長速度を大きく改善できる。
【００３９】
さらに、既存のガスノズル穴を通じてガスを注入する方式では、ＰＨ3のような特定の薄膜形成ガスの注入が円滑でなく、ＰＨ3と共に供給されるガスであるＳｉＨ4の供給量も制限されて成膜速度を落とした。しかし、本発明のようなスリット状のガス引込み部１５０はＰＨ3ガスの注入を円滑にできるために薄膜の成膜速度をポリシリコンの場合、１２／ｍｉｎから１００／ｍｉｎに画期的に増やすことができる。
【００４０】
図８は本発明による半導体素子の製造装置の工程チューブ内にて、ウエハが処理される過程を説明するために図示した断面図である。詳細に説明すれば、チューブ本体１１０内には薄膜形成のためのウエハ２１０が配置方式にボート２００に載って投入される。従来には１００枚以上のウエハがボートに搭載されたが、本発明ではボートに搭載されるウエハの枚数が５０〜８０枚の間が適している。従って、ボート２００の石英平板２３０間のピッチが、従来には３．５〜１２ｍｍの間と多少狭かったが、本発明では石英平板２３０間のピッチを３．５〜１５ｍｍに広く構成することが望ましい。図面にて参照符号２４０はウエハ装着手段を指す。
【００４１】
さらに、薄膜が形成される間にボート２００の回転速度が既存には１−９ＲＰＭと多少遅かった。しかし、本発明ではスリット型の工程ガス引込み部１５０を通じて多量の工程ガスがウエハ上部に噴射され、さらに多孔性の廃ガス排出部１８０を通じて排ガスが排出されるためにボート２００の回転速度を１−７０ＲＰＭの水準に増加させることが適している。従って、ウエハに形成される薄膜に対する膜質の均一度を既存と同等に維持できる。
【００４２】
本図面ではボート２００の形をリング形ボートを一例に例示したが、これは本発明が技術的特徴を含む範囲内で他の形、たとえばスロットタイプなどの他の形に変形して適用できる。
工程チューブ内の温度は形成される薄膜が窒化膜の場合４５０〜７５０℃、高温酸化膜の場合には８００〜９００℃、シリサイド膜の場合には１０００〜１２００℃の範囲にて調整することが望ましい。
【００４３】
【発明の効果】
前述した本発明によれば、最初、チューブを使用する半導体装置、たとえばＬＰＣＶＤにて薄膜の形成速度を改善することにより装置の効率を上げて生産性を向上させることができる。このような効果はウエハの口径が大口径の場合により一層効果的である。
【００４４】
第二に、大口径化されたウエハにて薄膜を形成する場合、形成される膜質の均一度が落ちる問題を防止できる。
第三に、工程ガスが注入される通路が小さな穴からスリット型に大きくなることにより、未反応ガスが工程ガス引込み部に吸着されて引き起こされるパーティクル発生を抑制できる。
本発明は前記した実施形態に限定されずに、本発明が属する技術的思想内で当分野の通常の知識を持った者により多くの変形が可能であることが明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による半導体素子の製造装置の概略的な断面図である。
【図２】 本発明による半導体素子の製造装置において、工程チューブの工程ガス引込み部を説明するために図示した概略的な斜視図である。
【図３】 本発明による半導体素子の製造装置において、工程チューブの廃ガス排出部を説明するために図示した概略的な斜視図である。
【図４】 本発明による半導体素子の製造装置において、工程チューブの排ガス排出部とガス排気配管との連結を説明するために図示した断面図である。
【図５】 本発明による半導体素子の製造装置において、工程チューブのガス排気配管と真空ポンプ配管との連結を説明するために図示した断面図である。
【図６】 ウエハを搭載したボートが本発明による半導体素子の製造装置の工程チューブに投入された時を説明するために図示した平面図である。
【図７】 本発明による半導体素子の製造装置において、工程チューブの陥没部と工程ガス引込み部の構造を説明するために図示した斜視図である。
【図８】 本発明による半導体素子の製造装置の工程チューブ内にてウエハが処理される過程を説明するために図示した断面図である。
【符号の説明】
１００ 工程チューブ
１５０ 工程ガス引込み部
１８０ 排ガス排出部
２００ ポート
２１０ ウエハ
３００ ヒーティングチャンバ
４００ ガスコントロールシステム配管
５００ 真空チャンバ配管
６００ ガス制御装置
７００ 真空ポンプ
Claims (20)
- 所定の厚さを持つ円筒形のチューブ本体の第１側には円周方向に帯状の陥没部が垂直方向に複数形成されていて、前記各陥没部の底部には工程ガスを供給できるスリット状の工程ガス引込み部と、
前記工程ガス引込み部に対向する円筒チューブ本体の第２側には工程遂行後の廃ガスを排出できて垂直方向に複数形成されている廃ガス排出部とを具備することを特徴とする半導体素子製造用工程チューブ。 - 前記チューブ本体は、
前記第１側の内部に円筒の円周に沿った空間として構成され、前記工程ガス引込み部と連結したバッファ用ガス配管と、
前記第２側内部に円筒の円周に沿った空間として構成され、前記廃ガス排出部と連結したガス排気配管とを具備することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子製造用工程チューブ。 - 前記バッファ用ガス配管は、前記チューブ本体に構成されたガス引込み配管と複数の通路を通じ互いに連結することを特徴とする請求項２に記載の半導体素子製造用工程チューブ。
- 前記ガス引込み配管は、ガスコントロールシステム配管と連結したことを特徴とする請求項３に記載の半導体素子製造用工程チューブ。
- 前記ガス排気配管は、真空ポンプ配管と連結したことを特徴とする請求項２に記載の半導体素子製造用工程チューブ。
- 前記チューブ本体は、上部が密閉された形であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子製造用工程チューブ。
- 前記工程ガス引込み部は、前記チューブ本体の第１側にて円周方向に１６０度の範囲内に少なくとも一つ以上形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子製造用工程チューブ。
- 前記廃ガス排出部は、前記チューブ本体の第２側にて円周方向に１６０度の範囲内に少なくとも一つ以上形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子製造用工程チューブ。
- 前記陥没部の底部面に沿って形成された工程ガス引込み部は、中央、左側及び右側に形成されたことを特徴とする請求項７に記載の半導体素子製造用工程チューブ。
- 前記廃ガス排出部は、前記第２側にて渦巻きの発生を抑制するために一定間隔に離隔形成されたことを特徴とする請求項８に記載の半導体素子製造用工程チューブ。
- 所定の厚さを持つ円筒形チューブ本体の第１側に円周方向に帯状の陥没部が垂直方向に複数形成されていて、前記各陥没部の底部には工程ガスを供給できるスリット状の工程ガス引込み部が構成され、前記工程ガス引込み部に対向する前記円筒形チューブ本体の第２側には工程遂行後の廃ガスを排出できて垂直方向に複数形成されている廃ガス排出部が構成されている工程チューブと、
前記工程チューブの外部にて前記工程チューブに熱を加えることができるヒーティングチャンバと、
前記工程チューブのガス引込み部にガスを供給するガスコントロールシステム配管と、
前記工程チューブの廃ガス排出部と連結する真空ポンプ配管と、
工程遂行用ウエハを水平に複数積載して前記工程チューブ内に往復移動できるボートとを具備することを特徴とする半導体素子の製造装置。 - 前記ボートは、低圧化学気相蒸着装置または酸化／拡散装置用であることを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子の製造装置。
- 前記ボートは、薄膜が形成される間に１〜７０ｒｐｍの速度で回転することを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子の製造装置。
- 前記ボートは、ウエハが装着される石英平板同士のピッチが３．５〜１５ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子の製造装置。
- 前記ガスコントロールシステム配管は、前記工程チューブより構成されたガス引込み配管及びバッファ用ガス配管を通じて前記工程ガス引込み部と連結し、前記バッファ用ガス配管の圧力は１−４０ｔｏｒｒの範囲であることを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子の製造装置。
- 前記スリットよりなった工程ガス引込み部は、前記工程チューブの第１側にて円周方向に１６０度の範囲内の陥没部の底部面より構成されたことを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子の製造装置。
- 前記廃ガス排出部は、前記工程チューブの第２側にて円周方向に１６０度の範囲内の内表面に構成されたことを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子の製造装置。
- 前記工程ガス引込み部は、前記工程チューブの陥没部の底部にて少なくとも一つ以上形成されたことを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子の製造装置。
- 前記工程ガス引込み部は、工程チューブの陥没部の底部面にて中央、左側及び右側に形成されたことを特徴とする請求項１８に記載の半導体素子の製造装置。
- 前記工程チューブの排ガス排出部は、渦巻きの発生を抑制するために一定間隔に離隔形成されたことを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子の製造装置。
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