KR19990034774A - 확산로 내의 온도조절방법 - Google Patents

Abstract

반도체제조공정 중 확산공정을 진행하는 확산로 내의 온도조절방법에 관하여 개시한다. 이는 복수 개의 웨이퍼에 대하여 동시에 공정을 진행하는 배치타입의 수직형 확산로에서 확산공정을 진행하는 경우, 막질성장스텝의 공정온도를 소정의 공정온도를 기준으로 소정의 편차범위 내에서 상승과 하강이 반복되도록 공정온도를 조절하면서 확산공정을 진행하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 확산공정에 의한 웨이퍼 상에 형성되는 막질을 웨이퍼 상면의 위치에 관계없이 균일하게 형성할 수 있다.

Description

확산로 내의 온도조절방법

본 발명은 반도체제조공정 중 확산공정을 진행하는 확산로 내의 온도조절방법에 관한 것으로서, 특히 복수 개의 웨이퍼에 대하여 동시에 공정을 진행하는 배치타입의 수직형 확산로에서 확산공정을 진행하는 경우, 막질성장스텝의 공정온도를 소정의 공정온도를 기준으로 소정의 편차범위 내에서 상승과 하강이 반복되도록 공정온도를 조절하면서 확산공정을 진행하는 것을 특징으로 하는 확산로 내의 온도조절방법에 관한 것이다.

반도체를 제조하는 공정은 여러 단계의 여러 공정이 최종적으로 형성하고자 하는 반도체소자에 따라 진행된다. 이러한 복수 개의 공정 진행은 각 공정에서의 특이한 요인에 의하여 최종 생산 제품의 신뢰도와 전반적인 공정 효율에 직접 또는 간접의 영향을 끼치고 있는 바, 장점으로 작용하는 요인에 대해서는 이를 적극 활용하고, 단점으로 작용하는 요인에 대해서는 이를 개선하여 억제하거나 최소화할 수 있는 방안을 강구하고 있다. 본 발명은 웨이퍼 상에 소정의 막질, 예컨대 고온열산화막, 질화물, 폴리실리콘 등을 성장하는 방법으로 확산공정을 진행하는 과정에서 현재 일반적으로 사용되는 배치타입의 버티컬 확산장비와 관련된다.

종래에 반도체 제조 공정에서 큰 문제로서 부각되지 않던 웨이퍼 상의 막질 두께의 위치에 따른 편차가 반도체장치의 고밀도 고집적화 추세에 비추어 공정 전반에 큰 영향을 미치는 중요한 요인이 되었다. 따라서, 웨이퍼 상에 형성된 막질 편차를 최소화할 수 있는 방안이 연구되고 있다. 특히 배치타입의 버티컬 확산장비의 경우에는 복수 개의 웨이퍼를 상하로 나란하게 정렬하여 공정을 진행하기 때문에 확산로 상부에 위치한 웨이퍼와 하부에 위치한 웨이퍼 상에서 공정 온도의 미소한 차이가 발생할 수 있으며, 이는 곧 웨이퍼 상에 형성하고자 하는 막질의 두께에 편차를 가져오는 원인이 된다. 더구나, 웨이퍼가 대구경화되고 공정 설비가 대형화됨에 따라 이러한 문제는 더욱 중요한 변수가 될 것임은 자명하다. 또한, 단일한 웨이퍼의 수평면 상의 위치에 따라 막질이 서로 다른 두께로 형성될 수 있다. 왜냐하면, 공정 온도의 변화에 따라 웨이퍼의 온도 변화는 웨이퍼 가장자리에서 가장 민감하게 일어나며, 웨이퍼 중심에서는 상대적으로 그 변화율이 작다. 구체적으로 공정 온도를 상승시키는 과정에서 웨이퍼 가장자리의 온도가 먼저 상승하며, 열적 전달에 의하여 점차 웨이퍼 중심의 온도가 상승한다. 한편, 공정 온도를 하강시키는 과정에서는 열전달이 상승과정과는 반대 방향으로 진행되어 웨이퍼 가장자리의 온도가 먼저 하강하고 점차 웨이퍼 중심부쪽의 온도가 하강하게 된다.

이러한 온도 변화의 분포가 배치공정이 진행 중인 복수 개의 상하 위치에 따라 웨이퍼 상의 막질이 웨이퍼마다 다른 두께로 형성될 수 있으며, 또 단일 웨이퍼 상의 내외 위치에 따라 온도 변화가 다양하게 나타나면, 단일 웨이퍼 상에서도 균일한 두께의 막질 성장이 제대로 이루어지지 않게 된다.

이하에서 종래의 기술에 관하여 첨부도면을 참조하여 설명하고 그 문제점을 살펴보기로 한다.

도 1은 확산공정이 진행 중인 확산로 내의 온도 변화를 공정시간에 따라 도시한 그래프이다. 구체적으로, 공정전온도(T1)와 공정온도(T2)의 두 온도 범위에서 공정시간을 공정전단계(A), 공정온도상승단계(B), 본공정단계(C), 공정온도하강단계(D) 및 공정후단계(E)로 구분하여 각각의 단계에서의 온도변화를 나타낸다. 웨이퍼 상에 막질을 성장하는 본공정단계(C)에서 공정온도(T2)는 균일한 값을 유지하도록 한다. 그러나, 이러한 공정온도(T2)는 오히려 웨이퍼 상의 온도 변화를 초래하여 전술한 웨이퍼 수평면 상의 온도 편차를 초래하여 결국은 웨이퍼 상의 막질을 균일하게 성장할 수 없는 문제점이 발생한다.

따라서, 본공정단계(C)의 공정온도(T2)를 여하히 조절하여 전술한 문제점을 해결하고자 하는 배경에서 본 발명은 안출되었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 확산공정이 진행 중인 확산로 내의 웨이퍼 상의 위치에 따른 온도 변화를 감소시킴으로써 웨이퍼에 균일한 막질을 형성하고자 함에 있으며, 이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 확산로 내의 온도조절방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래의 확산로 내의 온도조절방법을 설명하기 위하여 도시한 그래프이다.

도 2는 본 발명에 따른 확산로 내의 온도조절방법을 설명하기 위하여 도시한 그래프이다.

전술한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 달성하기 위한 확산로 내의 온도조절방법은 다음과 같다. 즉, 먼저 확산로 내에 웨이퍼를 장착한다. 이어서, 상기 웨이퍼가 장착된 확산로 내부의 온도를 소정의 공정기준온도로 상승시킨다. 계속하여, 상기 공정기준온도에 대한 소정의 편차범위를 갖는 범위에서 상승과 하강을 반복하면서 막질성장공정을 진행한다.

이때, 본 발명은 다음에 의하여 진행하면 더욱 바람직하다. 즉, 상기 확산로는 배치타입의 버티컬형 확산로를 이용한다. 상기 공정기준온도에 대한 소정의 편차범위는 ±2 ℃를 유지하면서 진행한다. 상기 웨이퍼 상에 고온열산화막, 질화물, 폴리실리콘 중 선택된 어느 하나의 물질을 성장하는 공정에서 본 발명을 이용하면 더욱 바람직하다.

이하에서는 전술한 본 발명에 따른 일 실시예를 첨부도면을 참조하면서 보다 구체적이고 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 확산공정이 진행 중인 확산로 내의 온도 변화를 공정시간에 따라 도시한 그래프이다. 구체적으로, 공정전온도(T1)와 공정기준온도(T2)의 두 온도 범위에서 공정시간을 공정전단계(A), 공정온도상승단계(B), 본공정단계(C'), 공정온도하강단계(D) 및 공정후단계(E)로 구분하여 각각의 단계에서의 온도변화를 나타낸다. 웨이퍼 상에 막질을 성장하는 본공정단계(C')는 그 공정온도를 공정기준온도(T2)에 대한 소정의 편차(△T) 범위, 예컨대 ±2℃에서 상승과 하강을 반복하도록 조절하면서 진행한다. 이때, 웨이퍼 상에 성장하는 막질은 공정 목적과 연관하여 결정하지만, 빈번하게 성장하는 물질은 고온열산화막, 질화물, 폴리실리콘 등을 들 수 있다.

이와 같이 본공정단계(C')의 공정온도를 변화시키면서 확산공정을 진행하면, 웨이퍼 내의 막질의 두께를 종래의 방법에 비하여 현저히 균일하게 형성할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 실시예를 첨부도면을 참조하면서 설명한 것은 본 발명을 한정하기 위함이 아니며, 본 발명에 관련한 산업기술분야에서 평균적 지식을 가진 자에 의하여 본 발명과 동일성 범주에 속하는 다른 태양으로의 변형이 가능함은 당연하다.

전술한 본 발명은 웨이퍼의 상하, 수평의 위치에 따라 균일한 두께의 막질을 형성할 수 있음으로써, 반도체장치의 수율과 신뢰도를 향상시킬 수 있으며, 후속 공정을 균일한 웨이퍼에 대하여 동일한 조건에 의하여 진행할 수 있으므로 공정운용의 효율성도 증진된다.

Claims (4)

1. 확산로 내에 웨이퍼를 장착하는 단계;

   상기 확산로 내부의 온도를 소정의 공정기준온도로 상승시키는 단계; 및

   상기 공정기준온도에 대한 소정의 편차범위를 갖는 범위에서 상승과 하강을 반복하면서 막질성장공정을 진행하는 단계를 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 확산로 내의 온도조절방법.
2. 제1 항에 있어서, 상기 확산로는 배치타입의 버티컬형 확산로를 이용하여 진행하는 것을 특징으로 하는 확산로 내의 온도조절방법.
3. 제1 항에 있어서, 상기 공정기준온도에 대한 소정의 편차범위는 ±2 ℃를 유지하면서 진행하는 것을 특징으로 하는 확산로 내의 온도조절방법.
4. 제1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 상에 성장하는 막질은 고온열산화막, 질화물, 폴리실리콘 중 선택된 어느 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 확산로 내의 온도조절방법.