KR100538270B1 - 반도체장치 제조용 확산공정설비 - Google Patents

반도체장치 제조용 확산공정설비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반응로의 내부에 잔류하는 공정가스를 배기시키도록 퍼지가스를 분사하는 퍼지가스분사부를 구비하여 웨이퍼 상에 균일한 두께의 산화막을 형성시키는 반도체장치 제조용 확산공정설비에 관한 것이다.
본 발명에 의한 반도체장치 제조용 확산공정설비는 공정가스가 공급되어 공정의 환경이 조성되는 일측이 개방된 형태의 반응로와, 다수개의 웨이퍼가 적재된 웨이퍼보트가 위치하고 상기 반응로의 개방된 일측을 밀폐시키는 플랜지와, 상기 웨이퍼보트를 상기 반응로의 내부로 로딩 및 언로딩시키도록 상기 플랜지를 이동시키는 이송장치와, 상기 반응로의 상부에 설치되고 상기 반응로의 내측 상부에서 퍼지가스를 분사하여 상기 반응로의 내부에 잔류하는 상기 공정가스를 배기시키는 제 1 퍼지가스분사부 및 상기 플랜지에 설치되고 상기 반응로의 하부에서 퍼지가스를 분사하여 상기 반응로의 내부에 잔류하는 상기 공정가스를 배기시키는 제 2 퍼지가스분사부를 포함하여 이루어진다.
따라서, 각각의 웨이퍼에 두께의 차이가 없이 균일한 산화막을 형성시키게 하고, 웨이퍼의 수율을 향상시키게 하는 효과를 갖는다.

Description

반도체장치 제조용 확산공정설비
본 발명은 반도체장치 제조용 확산공정설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반응로의 내부에 잔류하는 공정가스를 배기시키도록 퍼지가스를 분사하는 퍼지가스분사부를 구비하여 웨이퍼 상에 균일한 두께의 산화막을 형성시키는 반도체장치 제조용 확산공정설비에 관한 것이다.
일반적으로 반도체장치 제조공정 내에서 웨이퍼는 사진, 확산, 식각, 화학기상증착 및 금속증착 등의 공정을 반복하여 수행한 후 반도체장치로 제작된다.
상기 반도체장치 제조공정 중, 확산공정은 웨이퍼 상에 불순물입자를 확산시켜 박막을 형성시킴으로써 상기 웨이퍼가 요구되는 전기적 특성을 지니게 하는 공정으로, 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 농도평형상태를 이룰 때까지 물질이 이동하는 확산현상을 이용하는 공정이다.
그리고, 상기 확산공정 중 옥사이드(Oxide)공정은 산소(O2)가스를 상기 웨이퍼 상에 분포시켜 상기 웨이퍼의 공정면을 산화시킴으로써 상기 웨이퍼 상에 산화막을 형성시키는 공정으로, 상기 확산공정을 실시하도록 구성된 반도체장치 제조용 확산공정설비에서 상기 옥사이드공정이 실시된다.
도1을 참조하여 설명하면, 종래의 반도체장치 제조용 확산공정설비(10)는 공정가스인 산소가스가 공급되어 공정의 환경이 조성되는 반응로(11)를 구비하고 있고, 상기 반응로(11)는 일측이 개방된 원통형으로 형성되며, 상기 반응로(11)의 외부에는 히터(12)가 설치되어 상기 반응로(11)를 가열시킨다.
상기 반응로(11)의 개방된 일측은 원판형으로 형성된 플랜지(13)에 의해 밀폐되며, 이때 상기 플랜지(13) 상에는 다수개의 웨이퍼(14)가 적재된 웨이퍼보트(15)가 위치하게 된다.
그리고, 상기 웨이퍼보트(15)를 상기 반응로(11)의 내부로 로딩 및 언로딩시키도록 상기 플랜지(13)를 이동시키는 이송장치(도시하지 않음)가 설치되어 있고, 상기 이송장치에 의해 상기 플랜지(13)를 승하강시킴으로써 상기 웨이퍼보트(15)를 상기 반응로(11)의 내부로 로딩 및 언로딩시키게 된다.
한편, 상기 반응로(11)의 내부에 잔류하는 상기 공정가스를 배기시키도록 상기 반응로(11)의 상부에는 퍼지가스를 분사하는 퍼지가스분사부(16)가 설치되어 있으며, 상기 퍼지가스로는 질소(N2)가스가 사용된다.
여기서, 종래의 반도체장치 제조용 확산공정설비(10)에서 확산공정을 실시하는 방법에 대해 설명하면, 먼저 상기 웨이퍼보트(15)에 다수개의 상기 웨이퍼(14)가 적재되고, 상기 웨이퍼보트(15)는 상기 플랜지(13) 상에 위치하게 된다.
이때, 상기 히터(12)는 상기 반응로(11)를 공정대기온도인 약 650℃로 가열한 후, 상기 반응로(11)의 온도를 일정하게 유지시킨 상태에서 상기 이송장치에 의해 상기 웨이퍼보트(15)를 상승시킴으로써 공정을 실시하게 된다.
상기 이송장치가 상기 웨이퍼보트(15)를 상승시키면, 상기 퍼지가스분사부(16)는 질소가스를 분사하여 상기 반응로(11)의 내부에 잔류하는 산소가스를 상기 반응로(11)의 외부로 배기시킨다.
이때, 상기 퍼지가스분사부(16)에서 분사된 질소가스는 상기 반응로(11)의 내부로 외기가 유입되는 것을 방지하고, 상기 반응로(11)의 공정대기온도를 일정하게 유지시킨다.
한편, 상기 플랜지(13)가 상승하여 상기 웨이퍼보트(15)를 상기 반응로(11)의 내부로 로딩시킨 후 상기 반응로(11)의 개방된 일측을 밀폐시키면, 소정의 공정대기시간 동안 상기 반응로(11)의 내부로 산소가스가 공급되며, 상기 히터(12)가 상기 반응로(11)를 공정진행온도인 850℃ 내지 900℃로 가열하고, 이때 상기 웨이퍼의 공정면은 산소가스에 의해 산화되어 산화막이 형성된다.
그리고, 공정이 끝나게 되면, 상기 이송장치가 상기 플랜지(13)를 하강시키고, 상기 웨이퍼보트(15)는 상기 반응로(11)로부터 언로딩된다.
그러나, 공정의 초기에 상기 웨이퍼보트(15)가 상기 반응로(11)의 내부로 로딩되는 과정에서 상기 반응로(11)의 내부에 잔류하고 있던 산소가스는 상기 퍼지가스분사부(16)에서 분사된 질소가스에 의해 상기 반응로(11)의 하부로 배기되나, 완전하게 배기되지 못하고 상기 웨이퍼보트(15)의 하부에 잔류하게 된다.
즉, 상기 퍼지가스분사부(16)에서 분사된 질소가스는 상기 반응로(11)의 상부에서 하부를 향해 흐르면서 산소가스를 배기시키므로 상기 웨이퍼보트(15)의 상부에 적재된 상기 웨이퍼(14)는 산소가스의 영향을 받지 않지만, 상기 웨이퍼보트(15)의 하부에 적재된 상기 웨이퍼(14)는 상기 플랜지(13)가 상기 반응로(11)를 완전하게 밀폐시키지 않은 상태에서 잔류하는 산소가스의 영향을 받게 된다.
이는 상기 웨이퍼보트(15)의 하부에 적재된 상기 웨이퍼(14)가 공정대기온도 상태에서 잔류하는 산소가스의 영향을 받게 되므로 산화막이 형성되고, 따라서 상기 웨이퍼보트(15)의 상부에 적재된 상기 웨이퍼(14)와 비교하여 더 두꺼운 두께의 산화막이 형성된다.
여기서, 상기 웨이퍼보트(15)의 상, 중, 하부에 각각 적재된 상기 웨이퍼(14) 상에 형성된 상기 산화막의 두께를 측정해 본 측정치의 일례로서, 상기 웨이퍼(14) 상에 형성된 상기 산화막의 두께 차이의 정도를 알아보면, 상기 웨이퍼(14) 상에 두께 55Å의 산화막을 형성시키는 경우, 상기 웨이퍼보트(15)의 상, 중, 하부에 각각 적재된 상기 웨이퍼(14)에는 각각 56.5Å, 58.8Å, 59.4Å 두께의 산화막이 각각 형성되었다.
그리고, 상기 웨이퍼(14) 상에 100Å 두께의 산화막을 형성시키는 경우, 상기 웨이퍼보트(15)의 상, 중, 하부에 각각 적재된 상기 웨이퍼(14) 상에는 각각 102Å, 103.4Å, 그리고 104Å 두께의 산화막이 형성되었으며, 또한, 상기 웨이퍼(14) 상에 1550Å 두께의 산화막을 형성시키는 경우에는 각각 1556.3Å, 1557Å, 1559.5Å 두께의 산화막이 각각 형성되어 상기 웨이퍼보트(15)의 상, 중, 하부 위치에 따라 상기 웨이퍼(14) 상에 형성되는 상기 산화막의 두께가 큰 차이를 보이는 결과를 얻었다.
또한, 상기 웨이퍼(14)가 대구경화됨에 따라 상기 반응로(11)의 직경도 더 커지게 되므로 잔류하는 산소가스에 의한 영향으로 상기 웨이퍼(14) 상에 형성되는 상기 산화막의 두께는 더욱 큰 차이를 보이게 된다.
그러므로, 상기 웨이퍼(14) 상에 형성된 상기 산화막의 두께는 상기 웨이퍼(14)가 상기 웨이퍼보트(15)에 적재되는 위치에 따라 큰 차이를 보이게 되므로, 상기 산화막의 균일성이 저하되고, 또한 상기 웨이퍼(14)의 수율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 반응로의 내부에 잔류하는 산소가스가 웨이퍼에 미치는 영향을 줄임으로써 상기 웨이퍼 간에 균일한 두께의 산화막을 형성시키고, 웨이퍼의 수율을 향상시키게 하는 반도체장치 제조용 확산공정설비를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 반도체장치 제조용 확산공정설비는, 공정가스가 공급되어 공정의 환경이 조성되고, 일측이 개방된 형태의 반응로;와, 다수개의 웨이퍼가 적재된 웨이퍼보트가 위치하고, 상기 반응로의 개방된 일측을 밀폐시키는 플랜지;와, 상기 웨이퍼보트를 상기 반응로의 내부로 로딩 및 언로딩시키도록 상기 플랜지를 이동시키는 이송장치;와, 상기 반응로의 상부에 설치되고, 상기 반응로의 내측 상부에서 퍼지가스를 분사하여 상기 반응로의 내부에 잔류하는 상기 공정가스를 배기시키는 제 1 퍼지가스분사부; 및 상기 플랜지에 설치되고, 상기 반응로의 하부에서 퍼지가스를 분사하여 상기 반응로의 내부에 잔류하는 상기 공정가스를 배기시키는 제 2 퍼지가스분사부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 반도체장치 제조용 확산공정설비(20)는 공정가스인 산소가스가 공급되어 공정의 환경이 조성되는 반응로(21)를 구비하고 있고, 상기 반응로(21)는 일측이 개방된 원통형으로 형성되며, 상기 반응로(21)의 외부에는 히터(22)가 설치되어 상기 반응로(21)를 가열시킨다.
상기 반응로(21)의 개방된 일측은 원판형으로 형성된 플랜지(23)에 의해 밀폐되며, 이때 상기 플랜지(23) 상에는 다수개의 웨이퍼(24)가 적재된 웨이퍼보트(25)가 위치하게 된다.
그리고, 상기 웨이퍼보트(25)를 상기 반응로(21)의 내부로 로딩 및 언로딩시키도록 상기 플랜지(23)를 이동시키는 이송장치(도시하지 않음)가 설치되어 있고, 상기 이송장치에 의해 상기 플랜지(23)를 승하강시킴으로써 상기 웨이퍼보트(25)를 상기 반응로(21)의 내부로 로딩 및 언로딩시키게 된다.
또한, 상기 반응로(21)의 내부에 잔류하는 산소가스를 배기시키도록 상기 반응로(21)의 상부에는 퍼지가스를 분사하는 제 1 퍼지가스분사부(26)가 설치되어 있으며, 상기 제 1 퍼지가스분사부(26)는 상기 퍼지가스를 분사하는 분사관(27)과, 상기 분사관(27)으로 상기 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스공급원(도시하지 않음)을 구비하여 이루어진다.
이때, 상기 분사관(27)은 상기 공정가스인 산소가스를 공급하는 산소가스공급원(도시하지 않음)과도 연결되는 것이 가능하며, 상기 반응로(21)의 내부로 산소가스 또는, 상기 퍼지가스를 선택적으로 분사하여 공급하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 반응로(21)의 상부에서 분사된 상기 퍼지가스에 의해 배기되는 산소가스가 상기 반응로의 하부에 잔류하게 되어 상기 웨이퍼(24) 상에 산화막을 부가적으로 형성시키는 것을 방지하기 위해 상기 플랜지(23)에는 제 2 퍼지가스분사부(28)가 설치되어 있다.
도3을 참조하여 설명하면, 상기 제 2 퍼지가스분사부(28)는 상기 플랜지(23)의 상면에 형성된 다수개의 가스분사구(29)로 상기 퍼지가스를 공급하도록 상기 플랜지(23)의 내부에 설치된 퍼지가스분사관(30)을 구비하고 있으며, 상기 퍼지가스분사관(30)에는 상기 퍼지가스를 공급하는 가스공급원(도시하지 않음)이 연결되어 있다.
이때, 상기 퍼지가스로는 질소가스를 사용하는 것이 바람직하다.
여기서, 본 발명에 의한 반도체장치 제조용 확산공정설비(20)에서 확산공정을 실시하는 방법에 대해 설명하면, 먼저 상기 웨이퍼보트(25)에 다수개의 상기 웨이퍼(24)가 적재되고, 상기 웨이퍼보트(25)는 상기 플랜지(23) 상에 위치하게 된다.
이때, 상기 히터(22)는 상기 반응로(21)를 공정대기온도인 약 650℃로 가열한 후, 상기 반응로(21)의 온도를 일정하게 유지시킨 상태에서 상기 이송장치에 의해 상기 웨이퍼보트(25)를 상승시킴으로써 공정을 실시하게 된다.
상기 이송장치가 상기 웨이퍼보트(25)를 상승시키면, 상기 제 1, 제 2 퍼지가스분사부(26)(28)가 상기 퍼지가스인 질소가스를 상기 반응로(21)의 상, 하 양방향에서 분사하여 상기 반응로(21)의 내부에 잔류하는 산소가스를 상기 반응로(21)의 외부로 배기시킨다.
또한, 상기 제 1, 제 2 퍼지가스분사부(26)(28)에서 분사된 질소가스는 상기 반응로(21)의 내부로 외기가 유입되는 것을 방지하고, 상기 반응로(21)의 공정대기온도를 일정하게 유지시킨다.
한편, 상기 플랜지(23)가 상승하여 상기 웨이퍼보트(25)를 상기 반응로(21)의 내부로 로딩시킨 후 상기 반응로(21)의 개방된 일측을 밀폐시키면, 소정의 공정대기시간 동안 상기 반응로(21)의 내부로 산소가스가 공급되며, 상기 히터(22)가 상기 반응로(21)를 공정진행온도인 850℃ 내지 900℃로 가열하고, 이때 상기 웨이퍼의 공정면은 산소가스에 의해 산화되어 산화막이 형성된다.
그리고, 공정이 끝나게 되면, 상기 이송장치가 상기 플랜지(23)를 하강시키고, 상기 웨이퍼(24)는 상기 반응로(21)로부터 언로딩된다.
따라서, 상기 반응로(21)의 상, 하 양방향에서 각각 상기 퍼지가스를 분사하여 상기 반응로(21)의 내부에 잔류하는 산소가스를 배기시키므로, 상기 반응로(21)의 내부에 잔류하는 산소가스에 의한 영향없이 공정을 실시할 수 있으며, 상기 웨이퍼(24) 간에 균일한 두께의 산화막을 형성시킬 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 반도체장치 제조용 확산공정설비에 의하면, 각각의 웨이퍼에 두께의 차이가 없이 균일한 산화막을 형성시키게 하고, 웨이퍼의 수율을 향상시키게 하는 효과를 갖는다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상범위내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도1은 종래의 반도체장치 제조용 확산공정설비를 나타낸 부분단면도이다.
도2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 반도체장치 제조용 확산공정설비를 나타낸 부분단면도이다.
도3은 도2의 제 2 퍼지가스분사부를 나타낸 사시도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10, 20 : 반도체장치 제조용 확산공정설비
11, 21 : 반응로 12, 22 : 히터(Heater)
13, 23 : 플랜지(Flange) 14, 24 : 웨이퍼(Wafer)
15, 25 : 웨이퍼보트(Wafer-boat) 16 : 퍼지가스분사부
26 : 제 1 퍼지가스분사부 27 : 분사관
28 : 제 2 퍼지가스분사부 29 : 가스분사구
30 : 퍼지가스분사관

Claims (2)

  1. 공정가스가 공급되어 공정의 환경이 조성되고, 일측이 개방된 형태의 반응로;
    다수개의 웨이퍼가 적재된 웨이퍼보트가 위치하고, 상기 반응로의 개방된 일측을 밀폐시키는 플랜지;
    상기 웨이퍼보트를 상기 반응로의 내부로 로딩 및 언로딩시키도록 상기 플랜지를 이동시키는 이송장치;
    상기 반응로의 상부에 설치되고, 상기 반응로의 내측 상부에서 퍼지가스를 분사하여 상기 반응로의 내부에 잔류하는 상기 공정가스를 배기시키는 제 1 퍼지가스분사부; 및
    상기 플랜지의 상면에 형성된 다수개의 가스 분사구로 상기 퍼지가스를 공급하도록 상기 플랜지 내부에 설치된 퍼지가스 분사관과 상기 퍼지가스 분사관으로 상기 퍼지가스를 공급하는 가스 공급원으로 구성되고, 상기 반응로의 하부에서 퍼지가스를 분사하여 상기 반응로의 내부에 잔류하는 상기 공정가스를 배기시키는 제 2 퍼지가스분사부;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제조용 확산공정설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 퍼지가스는 질소(N2)가스인 것을 특징으로 하는 반도체장치 제조용 확산공정
    설비.
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