KR100227850B1 - 산화막 성장 공정 및 lp cvd 공정 겸용 수직형 확산로 - Google Patents

산화막 성장 공정 및 lp cvd 공정 겸용 수직형 확산로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수직형 확산로에 관한 것으로, 특히 산화학 성장 공정과 저압기상증착(LP CVD) 공정을 하나의 수직형 확산로에서 선택적으로 수행할 수 있도록 한 산화막 성장 공정과 LP CVD 공정 겸용 수직형 확산로에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 산화막 성장 공정과 LP CVD 공정을 단일 겸용 확산로에서 수행할 수 있도록 한 산화, LP CVD 공정 겸용 수직형 확산로를 제공하는데 있다.
본 발명의 효과는 산화막 성장 공정과 LP CVD 공정을 순차적으로 진행시 겸용 수직형 확산로를 사용하여 웨이퍼의 불필요한 이재·적재량을 감소시키고, 동일 설비를 최대한 이용하여 설비가 차지하는 점유 면적을 감소 시킬수 있는 효과가 있다.

Description

산화막 성장 공정 및 LP CVD 공정 겸용 수직형 확산로
제1도는 종래의 기술에 의한 산화막 성장 공정용 수직형 확산로의 구조를 나타낸 종단면도.
제2도는 종래의 기술에 의한 LP CVD 공정용 수직형 확산로의 구조를 나타낸 종단면도.
제3도는 종래의 기술에 의한 LP CVD 공정과 산화막 성장 공정을 순차적으로 진행하는 방법을 나타낸 흐름도.
제4도는 본 발명에 따른 산화막 성장 공정과 LP CVD 공정 겸용 수직형 확산로의 구조를 나타낸 종단면도.
제5(a)도 및 (b)도는 제4도에 있어서, 산화막 성장 공정과 LP CVD 공정을 각각 진행할 때의 반응 가스 흐름을 나타낸 상태도.
제6도는 본 발명에 의한 산화막 성장공정과 LP CVD 공정을 연속적으로 진행하는 방법을 나타낸 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 산화막 성장 공정용 수직형 확산로
11 : 외측 튜브 12 : 인젝터
13 : 가스 공급 배관 14 : 배기구
15 : 보트
20 : LP CVD 공정용 수직형 확산로
21 : 외측 튜브 22 : 내측 튜브
23 : 가스 공급 배관 24 : 배기구
25 : 보트
30 : 산화막 및 LP CVD 공정 겸용 수직형 확산로
31 : 외측 튜브 32 : 내측 튜브
33 : 인젝터 34 : 제1급기관
35 : 제2급기관 36 : 제1배기구
37 : 제2배기구 38 : 이격 스페이스
39 : 내측 튜브 상부 개구부 40 : 보트
본 발명은 수직형 확산로에 관한 것으로, 특히 산화막 성장 공정과 저압기상증착(LP CVD)공정을 하나의 수직형 확산로에서 선택적으로 수행할 수 있도록 한 산화막 성장 공정과 LP CVD 공정 겸용 수직형 확산로에 관한 것이다.
일반적으로, 산화막 성장 공정은 반도체의 기본 소자로 이용되는 재료인 순수 실리콘(Si) 기판상이 산화막을 형성하는 공정으로, 산화막 성장 공정에서 형성된 산화막은 표면 보호, 확산방지층, 유전체 등의 역할을 한다.
반도체 산화막의 형성을 고온으로 가열된 석영관 내의 웨이퍼에 산화소(예:O2, H2O)를 넣어 산화막을 만들고, 저온에서 각종 촉매를 사용하여 촉매에 의한 가속 산화를 하는 방법이 있다.
산화막 성장 공정은 불순물 확산 공정시 원하는 부분에 선택적으로 마스킹을 할 수 있으며, 반도체 소자의 표면을 이물질로부터 보호하여 반도체 소자의 비저항 전도도를 균일하게 만들어주는 표면 안정 작용과 소자간이 절연체로 사용된다.
LP CVD 공정은 특정의 반응기체(예:B2H6, PH3, AsH3등)들은 반응 용기 내부로 계속 공급하면서 적절한 공정 조건을 유지시켜 주면 반응기체의 화학 반응에 의하여 형성된 고체상의 물질이 생성되어 가공하고자 하는 물체 위에 내려 쌓이게 되는 현상을 이용하여 반도체 공정에 필요한 물질이 막을 웨이퍼 위에 증착시키는 공정이다.
이와 같은 LP CVD 공정은 웨이퍼 본연이 특성에 변화를 주지 않으면서 반응 가스의 종류에 따라 다양한 박막을 증착시킬 수 있다.
이러한 LP CVD 공정은 집적 회로 공정에 활발히 적용되고 있지만, 가스 유량과 구성비, 압력, 온도 등의 공정 변수에 의해 증착막이 특성이 변하므로 공정 중 공정 변수가 규정치를 만족하는 가를 점검하여야만 박막 재현성이 높아지게 된다.
이와 같은 종래의 산화막 성장 공정 및 LP CVD 공정에 사용되는 수직형 확산로는 각 공정에 따른 석영 튜브에서 반응에 필요한 반응 온도 및 압력이 상이하며, 반응에 필요한 가스의 종류가 다르기 때문에 반응 가스의 방향성과 배출되는 미반응 가스와 반응 가스로 구성된 폐가스 배기구의 형성 위치가 상이하다
이하, 첨부된 도면 제1도와 제2도를 참조하여 산화막 성장 공정용 수직형 확산로와 LP CVD 공정용 수직형 확산로의 구성을 설명하면 다음과 같다.
제1도는 종래의 산화막 성장 공정용 수직형 확산로(10)의 종단면도로서, 종(Bell)형 외측 튜브(11)의 상측부에는 가스 공급 배관(13)과 연결되어 반응가스를 튜브(11)내에 주입하는 인젝터(Injector)(12)가 형성되고, 튜브(11)의 측면 하부에는 튜브(11)내의 폐가스를 배기 시키는 배기구(Exhaust Port)(14)가 형성되며, 산화막 성장 공정이 원할히 이루어지도록 튜브(11) 내부의 온도를 셋팅해주는 전기로(Heat Chamber)(미도시)가 튜브(11)의 외부에 설치된다.
제2도는 LP CVD 공정에 사용되는 수직형 확산로의 종단면도이다.
LP CVD 공정용 수직형 확산로(20)는 제1도에 도시된 바 있는 산화막 성장 공정용 수직 확산로(10)의 구조와 상이한 구조를 갖고 있으며, 이와 같은 구조의 상이함은 반응 가스 종류와 반응 가스 종류의 특성에 따른 반응 가스 경로의 이질성에 의한 것이다.
이와 같은 LP CVD 공정용 수직 확산로(20)에서는 실공정 온도로 반응 온도를 셋팅해주는 전기로(미도시)가 외측 튜브(outer tube;21)의 외측면에 위치하고, 상면이 개구된 원통형 내측 튜브(inner tube22)가 외측 튜브(21)와 일정 간격 이격되며 외측 튜브(21)내에 형성된다.
또한, 반응가스를 공급해주는 가스 공급 배관(23)이 외측 튜브(21)이 좌측면 하부를 관통하여 내측 튜브(22)의 좌측면 하부에 연통되고, 외측 튜브(21)의 우측면 하부에는 내측 튜브(22)내의 폐가스가 외부로 배출되도록 폐가스 배기구(24)가 연통된다.
이와 같은 상이한 구조의 산화막 성장 공정과 LP CVD 공정에 각각 사용되는 수직형 확산로들의 작용을 설명하면 다음과 같다.
제1도는 참조하면, 먼저, 산화막 성장 공정용 수직형 확산로(10)의 외측 튜브(11)가 전기로(도시 안됨)에 의해 산화막 성장 공정을 위한 온도로 세팅되면, 웨이퍼를 적재한 보트(15)가 보트 엘리베이트(도시 안됨)에 의해 외측 튜브(11)의 내부로 이송 완료되고, 반응 가스 공급원(도시 안됨)의 반응 가스가 가스 공급 배관(13)을 거쳐 인젝터(12)에 공급된다.
이후, 인젝터(12)로부터 분사된 반응 가스는 외측 튜브(11)내의 하측 방향으로 이동하면서 보트(15)에 적재된 웨이퍼와 반응하게 되며, 외측 튜브(11)내의 폐가스는 배기구(14)를 통하여 배기된다. 이때, 산화막 성장 공정은 상압 상태에서 진행된다.
제2도를 참조하면, LP CVD 공정용 수직형 확산로(20)의 외측 튜브(21)가 전기로(도시 안됨)에 의해 LP CVD 공정을 위한 적정 온도로 세팅되면, 웨이퍼를 적재한 보트(25)가 보트 엘리베이트(도시 안됨)에 의해 외측 튜브(21)의 내부로 이송 완료되고, 반응 가스 공급원(도시 안됨)의 반응 가스가 공정에 필요한 압력으로 가스 공급 배관(23)을 거쳐 내측 튜브(22)의 내부에 공급된다.
이후, 반응 가스가 내측 튜브(22)내의 상측 방향으로 따라 올라가면서 보트(25)에 적재된 웨이퍼와 반응하게 되며, 내측 튜브(22)내의 폐가스는 외측 튜브(21)와 내측 튜브(22)사이의 이격된 공간으로 오버플로우된 후 배기구(24)로 배기된다. 이때, LP CVD 공정은 저압 상태에서 진행된다.
제3도는 LP CVD 공정과 산화막 성장 공정을 연속적으로 나타낸 방법을 나타낸 흐름도로서, 제1도 및 제2도를 연관하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, LP CVD용 확산로(20)의 전기로(도시 안됨)을 이용하여 외측 튜브(21) 및 내측 튜브(22)의 온도를 LP CVD 공정을 위한 온도로 셋팅하고나서 보트 엘리베이트(도시 안됨)를 상승시켜 웨이퍼들이 적재된 보트(25)를 내측 튜브(22)내로 투입한다. 이때, 보트 엘리베이트(도시 안됨)는 웨이퍼들이 급격한 온도의 변화에 따른 스트레스를 받아 손상을 되지 않도록 매우 느린 속도로 상승하게 된다.
이어서, 반응 가스 공급원(도시 안됨)의 반응 가스를 가스 공급 배관(23)을 거쳐 내측 튜브(22)에 공급하면, 반응 가스가 내측 튜브(22)내의 상측 방향으로 이동하면서 보트(25)에 적재된 웨이퍼와 반응하게 되며, 내측 튜브(22)내의 잔류 가스는 외측 튜브(21)과 내측 튜브(22)사이의 이격된 공간을 따라 배기구(24)로 배기된다. 따라서, 웨이퍼들상에 원하는 막들이 저압 기상 증착된다.
상기 원하는 막들이 원하는 두께로 저압 기상 증착되면, 보트 엘리베이트(도시 안됨)를 하강시켜 웨이퍼들이 적재된 보트(25)를 내측 튜브(22)의 외부로 배출된다.
이때, 보트 엘리베이트(도시 안됨)는 기상 증착된 웨이퍼들이 급격한 온도의 변화에 따른 스트레스를 받아 손상되지 않도록 매우 느린 속도로 냉각된다.
상기 LP CVD공정에 의해 처리된 웨이퍼들을 LP CVD용 확산로(20)로부터 산화막 성장 공정용 수직형 확산로(10)로 이재한 후 산화막 성장 공정용 수직형 확산로(10)의 전기로(도시 안됨)을 이용하여 외측 튜브(11)의 온도를 산화막 성장 공정을 위한 온도로 셋팅한다.
이어서, 보트 엘리베이터(도시 안됨)를 상승시켜 웨이퍼들이 적재된 보트(15)를 외측 튜브(11)내로 투입한다. 이때, 보트 엘리베이트(도시 안됨)는 웨이퍼들이 급격한 온도의 변화에 따른 스트레스를 받아 손상되지 않다록 매우 느린 속도로 상승하게 된다.
이후, 반응 가스 공급원(도시 안됨)의 반응 가스가 가스 공급 배관(13)을 거쳐 인젝터(12)에 공급되면, 반응 가스가 외측 튜브(11)내의 하측 방향으로 이동하면서 보트(15)에 적재된 웨이퍼와 반응하게 되며, 외측 튜브(11)내의 잔류 가스는 외측 튜브(11)의 배기구(14)로 배기된다. 따라서, LP CVD 공정으로 처리된 웨이퍼들상에 원하는 산화막들이 성장된다.
산화막들이 원하는 두께로 형성되면, 보트 엘리베이트(도시 안됨)를 하강시켜 웨이퍼들이 적재된 보트(15)를 외측 튜브(11)의 외부로 배출한다. 이때, 보트 엘리베이트(도시 안됨)는 산화막이 형성된 웨이퍼들이 급격한 온도의 변화에 따른 스트레스를 받아 손상되지 않도록 매우 느린 속도로 냉각된다.
이후, 상기 웨이퍼들은 후속 공정을 위한 설비로 이송된다.
최근의 반도체 제조 공정은 제조 디바이스의 구조에 따라 LP CVD 공정 진행 후 산화막 공정을 진행하거나, 산화막 성장 공정 진행후 LP CVD 공정을 진행하여야 할 경우가 발생하고 있다.
그러나, 종래에는 산화막 성장 공정과 저압 기상 증착 공정을 위한 두가지의 수직형 확산로를 필요로 함으로 산화막 성장 공정과 LP CVD 공정을 순차적으로 진행하기 위해서는 산화막 성장 공정이 완료된 설비에서 웨이퍼를 이재하여 LP CVD 공정을 위한 설비로 웨이퍼를 투입한 후 LP CVD 공정을 진행시켜야 한다.
이러한 일련의 작업 과정에서 불필요한 웨이퍼의 가열과 냉각을 반복하게 되어 웨이퍼가 열팽창과 냉각수축하게 됨으로써 웨이퍼에 미세 크랙이 발생하게 되어 웨이퍼의 불량이 자주 발생하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 산화막 성장 공정용 확산로와 LP CVD 공정용 확산로를 별도로 사용하게 되어 생산 설비의 설치 면적이 증대하게 됨으로써 생산 효율성이 감소하고 작업 능률이 저하되며, 웨이퍼의 이재에 따른 웨이퍼가 오염되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 산화막 성장 공정과 LP CVD 공정을 단일 겸용 확산로에서 수행할 수 있도록 함은 물론 산화막 성장 공정과 LP CVD 공정을 단일설비에서 수행할 때 발생하는 반응 가스의 흐름 불균일은 균일하게 하는 산화, LP CVD 공정 겸용 수직형 확산로를 제공함에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상부가 개구된 내측 튜브와, 내측 튜브와 소정 간격으로 이격되어 내측 튜브의 외측면 전체를 둘러싸는 외측 튜브와, 외측 튜브의 외측에 설치된 전기로와, 내측 튜브이 튜브면에 연통된 LP CVD 공정 가스 공급수단과, 내측 튜브의 튜브면에 연통된 산화막 성장 공정용 가스 배출수단과, 외측 튜브와 내측 튜브의 이격 공간을 통하여 내측 튜브의 개구까지 연장되며, 내측 튜브 내부로 균일하게 반응 가스를 공급하는 반응 가스 분사용 인젝터와, 외측 튜브의 튜브면에 연통된 LP CVD 공정용 가스 배출수단을 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 산화, LP CVD 공정 겸용 수직형 확산로를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
제4도는 본 발명에 의한 산화막 성장 공정 및 LP CVD 공정 겸용 확산로(30)의 구조를 나타낸 종단면도이다.
종형 외측 튜브(31)의 외측에는 가변적으로 산화, LP CVD 공정 온도를 조절 하기 위한 전기로(미도시)가 위치하고, 외측 튜브(31)의 내측에는 상면이 개구된 내측 튜브(32)가 외측 튜브(31)와 일정 간격 이격되어 설치된다.
외측 튜브(31)의 하측에는 산화막 성장 공정에 사용되는 반응 가스를 공급하는 제1급기관(34)이 관통하는 바, 제1급기관(34)는 내측 튜브(32)와 외측 튜브(31)의 사이에 형성된 이격 공간(38)을 통하여 내측 튜브(32)의 상부에 형성된 개구(39)까진 연장된다.
개구(39)까지 연장된 제1급기관(34)의 단부에는 외부 반응 가스 공급원(미도시)에 의해 공급된 반응 가스를 개구(39)를 통하여 내측 튜브(32)의 내부로 분사 시키는 인젝터(33)가 설치된다.
인젝터(33)에 의해 내측 튜브(32) 내부로 하방 분사된 가스는 웨이퍼와 반응한 후 발생한 폐가스 및 반응에 참여하지 못한 미반응 가스는 내측 튜브(32)와 외측 튜브(31)의 하부를 연통한 제1배기구(36)를 통해 배출된다.
또한, LP CVD 공정 반응 가스를 공급하는 제2가스 급기관(35)은 외측 튜브(31)와 내측 튜브(32)의 하단을 관통하여 내측 튜브(32)와 연통되며, LP CVD 공정 폐가스를 배출시키는 제2배기구(37)는 외측 튜브(31)의 하측에 외부와 연통되어 형성된다.
이와 같이 구성된 본 발명 산화막 성장 공정과 LP CVD 공정을 겸용으로 수행하는 수직형 확산로의 작동을 제5(a), (b)도 및 제6도에 의해 설명하면 다음과 같다.
제5(a)도 및 (b)도는 본 발명에 의한 겸용 수직형 확산로에서 산화막 성장 공정과 LP CVD 공정을 각각 진행할 때의 반응 가스 흐름을 나타낸 상태도이다.
먼저, 제5(a)도는 산화막 성장 공정을 진행할 때의 가스 흐름을 나타낸 상태도로서 먼저 산화, LP CVD공정 겸용 수직형 확산로(30)가 전기로(도시 안됨)에 의해 산화막 성장 공정을 위한 온도로 세팅되면, 웨이퍼를 적재한 보트(40)가 보트 엘리베이트(도시 안됨)에 의해 내측 튜브(32)의 내부로 이송 완료되고, 반응 가스 공급원(도시 안됨)의 반응 가스가 제1급기관(34)을 거쳐 인젝터(12)에 공급된다.
이후, 인젝터(12)로부터 분사된 반응 가스는 내측 튜브(32)내의 하측 방향으로 이동하면서 보트(40)에 적재된 웨이퍼와 반응하게 되며, 외측 튜브(31)내의 잔류 가스는 제1배기구(36)로 배기된다.
제5(b)도는 산화, LP CVD 공정 겸용 수직형 확산로에서 LP CVD 공정이 진행될 때의 반응가스의 흐름을 나타낸 상태도이다.
먼저, 산화, LP CVD 공정 겸용 수직형 확산로(30)가 전기로(도시 안됨)에 의해 LP CVD 공정을 위한 온도로 세팅되면, 웨이퍼를 적재한 보트(40)가 보트 엘리베이트(도시 안됨)의 반응 가스가 공정에 필요한 압력의 상태로 제2급기관(35)을 거쳐 내측 튜브(32)의 내부로 공급된다.
이후, 공급된 반응 가스는 내측 튜브(32)내의 상측 방향으로 이동하면서 보트(40)에 적재된 웨이퍼에 원하는 막이 적층 되며, 내측 튜브(32)내의 폐가스와 미반응 가스는 계속 상방으로 이동하여 내측 튜브 상부 개구부(39)까지 도달하게 되고, 상부 개구부에 도달한 폐가스와 미반응가스는 저압이 형성되어 있는 내측 튜브와 외측 튜브의 이격 스페이스(38)로 흡입되고 흡입된 폐가스와 미반응가스는 제2배기구(37)를 통해 외부로 배기된다.
제6도는 산화, LP CVD 공정 겸용 수직형 확산로에서 LP CVD 공정후 산화막 성장 공정을 순차적으로 진행하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 산화, LP CVD 공정 겸용 수직형 확산로(30)의 전기로(도시 안됨)을 이용하여 외측 튜브(31) 및 내측 튜브(32)의 온도를 LP CVD 공정을 위한 온도로 셋팅하고 나서 보트 엘리베이트(도시 안됨)를 상승시켜 웨이퍼들이 적재된 보트(40)를 내측 튜브(32)내로 투입한다. 이때, 보트 엘리베이트(도시 안됨)는 웨이퍼들이 급격한 온도의 변화에 따른 스트레스를 받아 손상을 되지 않도록 매우 느린 속도로 상승하게 된다.
이어서, 반응 가스 공급원(도시 안됨)의 반응 가스를 제2급기관(34)을 거쳐 내측 튜브(32)에 공급하면, 반응 가스가 내측 튜브(32)내의 상측 방향으로 이동하면서 보트(40)에 적재된 웨이퍼와 반응하게 되며, 내측 튜브(32)내의 잔류가스와 폐가스는 외측 튜브(31)와 내측 튜브(32)사이의 이격된 공간을 따라 제1배기구(36)로 배기된다.
따라서, 웨이퍼들 상에 원하는 막들이 저압 기상 증착된다.
원하는 막들이 원하는 두께로 저압 기상 증착되고 나면, LP CVD공정에 의해 처리된 웨이퍼들은 후속 공정인 산화막 성장 공정을 수행하기 위해 겸용 확산로의 온도를 산화막 성장 공정을 위한 온도로 셋팅된다.
이후, 산화 반응 가스 공급원(도시 안됨)의 반응 가스를 제1급기관(34)을 거쳐 인젝터(33)에 공급하면, 반응 가스가 내측 튜브(32)내의 하측 방향으로 이동하면서 보트(40)에 적재된 웨이퍼와 반응하게 되며, 내측 튜브(32)내의 잔류가스는 내측 튜브(32)의 제2배기구(37)로 배기된다. 따라서, LP CVD 공정으로 처리된 웨이퍼들상에 원하는 산화막들이 성장된다.
상기 산화막들이 원하는 두께로 형성되고 나면, 보트 엘리베이트(도시 안됨)를 하강시켜 웨이퍼들이 적재된 보트(40)를 내측 튜브(32)의 외부로 배출한다. 이때, 보트 엘리베이트(도시 안됨)는 산화막이 형성된 웨이퍼들이 급격한 온도의 변화에 따른 스트레스를 받아 손상되지 않도록 매우 느린 속도로 냉각되며 다음으로 상기 웨이퍼들은 후속 공정을 위한 설비로 이송된다.
이와 같이 산화막 성장 공정과 LP CVD 공정을 순차적으로 진행시 겸용 수직형 확산로를 사용하여 웨이퍼의 불필요한 이재·적재량을 감소시키고, 동일 설비를 최대한 이용하여 설비가 차지하는 점유 면적을 감소시킬 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 산화막 성장 공정과 LP CVD 확산 공정을 단일 확산로에서 수행하도록 함으로서, 생산 설비 면적의 감소와 생산 설비의 투자비용의 감소, 작업성과 생산성을 향상시키고 모든 반도체 제조 공정의 기본을 이루고 있는 웨이퍼의 불필요한 오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 상부가 개구된 내측 튜브와; 상기 내측 튜브와 소정 간격으로 이격되어 상기 내측 튜브의 외측면 전체를 둘러싸는 외측 튜브와; 상기 외측 튜브의 외측에 설치된 전기로와; 상기 내측 튜브의 튜브면에 연통된 LP CVD 공정 가스 공급수단과; 상기 외측 튜브와 상기 내측 튜브의 이격 공간을 통하여 상기 내측 튜브의 개구까지 연장되며, 내측 튜브 내부로 균일하게 반응 가스를 공급하는 반응 가스 분사용 인젝터와; 상기 외측 튜브의 튜브면에 연통된 LP CVD 공정용 가스 배출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화막 성장 공정 및 LP CVD 공정 겸용 수직형 확산로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 인젝터는 상기 개구로부터 상기 내측 튜브 내부로 상기 산화막 성장용 가스를 균일하게 하방 분사함을 특징으로 하는 산화막 성장 공정 및 LP CVD 공정 겸용 수직형 확산로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전기로는 상기 산화막 성장 공정과 LP CVD 공정에 필요한 소정의 온도를 상기 공정에 따라 가변적으로 셋팅하는 것을 특징으로 하는 산화막 성장 공정 및 LP CVD 공정 겸용 수직형 확산로.
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