KR19990040205U

KR19990040205U - Horizontal diffusion furnace for semiconductor wafer manufacturing

Info

Publication number: KR19990040205U
Application number: KR2019980006783U
Authority: KR
Inventors: 김창현
Original assignee: 김영환; 현대반도체 주식회사
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 1999-11-25

Abstract

본 고안은 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로에 관한 것이다. 종래에는 실제 공정온도와 주입된 반응가스의 온도차가 커서 튜브 내부의 온도구배현상을 초래할 뿐만 아니라 튜브 내부에서의 반응가스의 편률적인 흐름과 가스량의 뷴균일성으로 웨이퍼 위에 형성되는 산화막 두께의 균일도가 저하되는 문제점이 있었다. 따라서 본 고안은 일측에 가스주입구가 형성되고 이의 타측에 다수장의 웨이퍼가 적재된 보트가 출입하면서 배출구를 갖는 셔터에 의해서 개폐되는 개방부를 갖는 튜브와, 상기 튜브를 가열하는 히팅코일이 반응실 내부에 구비됨에 있어서, 상기 가스주입구를 통해 튜브 내부로 주입된 저온의 반응가스 온도를 실제 공정온도로 상승시키면서 튜브 내부를 상.하.좌.우로 균일하게 흐르도록 하기 위한 가스조절수단을 구비함으로써 상기 튜브 내의 온도 구배를 해소할 수 있을 뿐만 아니라 웨이퍼 위에 형성되는 산화막 두께의 균일도를 보다 향상시킬 수 있는 효과를 갖게 된다.The present invention relates to a horizontal diffusion path for manufacturing a semiconductor wafer. Conventionally, the temperature difference between the actual process temperature and the injected reaction gas is large, resulting in a temperature gradient inside the tube, and the uniformity of the oxide film thickness formed on the wafer due to the uniform flow of the reaction gas and the uniformity of the gas amount inside the tube. There was a problem of deterioration. Therefore, the present invention is a gas inlet is formed on one side and a boat having a plurality of wafers loaded on the other side of the tube having an opening that is opened and closed by a shutter having a discharge port, the heating coil for heating the tube inside the reaction chamber In the provision, the tube by providing a gas control means for uniformly flowing up, down, left, and right inside the tube while raising the reaction temperature of the low temperature injected into the tube through the gas inlet to the actual process temperature Not only can the temperature gradient inside be solved, but the uniformity of the oxide film thickness formed on the wafer can be further improved.

Description

Horizontal diffusion furnace for semiconductor wafer manufacturing

본 고안은 웨이퍼 표면에 산화막을 입힐 때 사용되는 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로에 관한 것이다.The present invention relates to a horizontal diffusion path for manufacturing a semiconductor wafer which is used when an oxide film is coated on a wafer surface.

일반적으로 반도체 제조공정 중에는 불순물 확산 공정에서 웨이퍼의 표면을 마스크처럼 보호함과 동시에 그 다음 공정인 사진 식각(Photo Engraving)을 위해서 이미 부분적으로 산화막이 성장되어 있거나 전혀 성장되어 있지 않은 웨이퍼 표면에 산화막(SiO₂)을 입히는 공정을 수행하게 된다. 이러한 공정은 약 900 내지 1200 ° C 에 이르는 온도로 제어되는 확산로(Diffusion Furnace)의 석영관(Quartz Tube) 속에서 이루어지게 되는데, 대체로 30분 내지 수 시간 동안 이루어지며, 상기 확산로의 석영관 속에는 산소 및 질소가스나 증기 또는 수소 및 산소가스 등의 산화제, 즉 반응가스가 주입되어 실리콘이 산화되면서 단결정체인 웨이퍼 위에 수 천 Å (1 Å =10^-8cm)의 산화막을 형성시키게 된다. 한편, 상기 확산로는 그 구조 및 형태에 따라 횡형과 종형으로 분류되고, 확산의 균일도가 높고 자동화할 수 있는 장점으로 인해 근래에는 횡형에 비해서 종형이 많이 사용되고 있는 실정에 있다. 그러나 웨이퍼의 대구경화에 따른 12인치의 웨이퍼 수요가 증가하게 되면 종형으로는 그 생산능력의 한계가 있어 횡형의 확산로가 12인치 웨이퍼의 생산라인에서는 보편화될 것으로 예상되고 있다. 도 1은 종래의 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로의 구성을 개략적으로 도시한 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이 상기 횡형 확산로는 전.후방으로 관통된 원통체로 된 반응실(1) 내부에 석영으로 된 튜브(tube)(2)가 수평방향으로 구비되어 있고, 상기 튜브(2)의 양단은 한 쌍의 지지구(3)(4)에 의해서 반응실(1)에 고정 및 지지되도록 구성되어 있다. 그리고 상기 지지구(3)(4)에는 바깥쪽으로 향하도록 장착홈(3A)(4A)이 형성되어 있고, 상기 장착홈(3A)(4A)에는 연질제로 된 칼라(Collar)(5)(6)가 튜브(2)의 외측으로 끼워지는 식으로 구비되어 반응시 상기 지지구(3)(4)와 튜브(2) 사이의 틈새를 통해서 반응실(1) 내부의 열이 외부로 빠져 나가지 못하도록 밀폐하도록 구성되어 있다. 또한 상기 반응실(1)의 내측면에는 히팅코일(heating coil)(7)이 구비되어 전원 공급에 의해서 반응실(1) 내부를 가열하도록 구성되어 있고, 상기 튜브(2)의 일측에는 가스주입구(2A)가 형성되어 튜브(2) 내부로 반응가스를 주입할 수 있도록 되어 있다. 그리고 상기 가스주입구(2A)의 반대쪽 타측단부는 개방되어져 이 개방부(2B)를 통해서 보트(8)에 적재된 다수장의 웨이퍼(W)가 출입할 수 있도록 되어 있고, 상기 개방부(2B)는 배출구(9A)를 갖는 셔터(Shutter)(9)의 작동에 의해서 개폐되도록 구성되어 있다. 이와 같이 구성된 종래의 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로는 먼저, 셔터(9)가 상향으로 작동하면서 튜브(2)의 개방부(2B)가 개방된다. 그런 후에는 상기 개방부(2B)를 통해서 웨이퍼(W)가 적재된 보트(8)가 튜브(2) 내부로 인입되고, 다시 셔터(9)가 하강하면서 튜브(2)의 개방부(2B)를 폐쇄시키게 되는 것으로, 이러한 상태에서 이미 부분적으로 산화막이 성장되어 있거나 전혀 성장되어 있지 않은 상기 웨이퍼(W) 표면에 산화막(SiO₂)을 입히는 공정을 수행하게 된다. 이를 위해서는 우선, 반응실(1) 내측면에 구비된 히팅코일(7)에 전원이 공급되어 상기 반응실(1) 내부의 튜브(2)를 가열하게 되고, 일정온도에 도달하면 튜브(2)의 가스주입구(2A)를 통해 반응가스가 주입됨으로써 확산이 진행되도록 하고 있다.In general, during the semiconductor manufacturing process, an oxide film (which is partially grown or not grown on the surface of the wafer, which is partially grown or not grown at all, is used to protect the surface of the wafer like a mask in the impurity diffusion process and to perform the next process of photo-engraving. SiO ₂ ) is performed. This process is about 900 to 1200 ° It is made in a quartz tube of a diffusion furnace controlled to a temperature up to C, which is generally performed for 30 minutes to several hours. An oxidant such as hydrogen and oxygen gas, that is, a reaction gas is injected to oxidize silicon, and thousands of times on a single crystal wafer. Å (One Å = 10 ^-8 cm) oxide film. Meanwhile, the diffusion path is classified into a horizontal type and a vertical type according to its structure and shape, and in recent years, a vertical type is used in comparison with the horizontal type due to the high uniformity of the diffusion and the advantage of automation. However, as the demand for 12-inch wafers increases due to the large diameter of the wafers, the production capacity of the vertical-type wafers is limited, so the horizontal diffusion path is expected to be common in the production lines of 12-inch wafers. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a conventional horizontal diffusion path for manufacturing a semiconductor wafer. A tube 2 is provided in the horizontal direction, and both ends of the tube 2 are configured to be fixed and supported by the reaction chamber 1 by a pair of supports 3 and 4. The support holes 3 and 4 are provided with mounting grooves 3A and 4A so as to face outwardly, and the mounting grooves 3A and 4A are made of soft collars 5 and 6, respectively. ) Is fitted to the outside of the tube (2) to prevent the heat inside the reaction chamber (1) through the gap between the support (3) (4) and the tube (2) during the reaction so as not to escape to the outside It is configured to seal. In addition, a heating coil 7 is provided on an inner surface of the reaction chamber 1 to heat the inside of the reaction chamber 1 by power supply, and a gas inlet is provided at one side of the tube 2. 2A is formed so that the reaction gas can be injected into the tube 2. The other end end opposite to the gas inlet 2A is opened so that a plurality of wafers W loaded on the boat 8 can enter and exit through the opening 2B, and the opening 2B is It is comprised so that it may open and close by operation of the shutter 9 which has the discharge port 9A. In the conventional horizontal wafer diffusion furnace configured as described above, first, the opening 2B of the tube 2 is opened while the shutter 9 is operated upward. Thereafter, the boat 8 on which the wafers W are loaded is introduced into the tube 2 through the opening 2B, and the shutter 9 is lowered again, and the opening 2B of the tube 2 is lowered. In this state, a process of coating an oxide film (SiO ₂ ) on the surface of the wafer (W) where the oxide film is partially grown or not grown at all is performed in this state. To this end, first, power is supplied to the heating coil 7 provided on the inner surface of the reaction chamber 1 to heat the tube 2 inside the reaction chamber 1, and when the temperature reaches a predetermined temperature, the tube 2 is heated. The reaction gas is injected through the gas inlet 2A to allow diffusion to proceed.

그러나 이러한 종래의 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로는 실제 공정온도와 튜브 내부로 주입되는 반응가스 사이의 온도차가 커서 상기 튜브 내부에 온도구배현상을 초래할 뿐만 아니라 열을 받은 반응가스가 튜브의 상부측으로 흐름에 따라 공정가스량의 부족시 튜브 내의 상.하부 간의 가스 흐름차이로 인해 반응시 웨이퍼 표면에 형성되는 산화막 두께의 균일도가 저하되는 문제점이 있었다. 따라서 본 고안의 목적은 실제 공정온도와 반응가스 간의 온도차를 줄이는데 있다. 본 고안의 다른 목적은 튜브 내의 가스흐름이 균일하게 이루어질 수 있도록 하는데 있다.However, such a conventional lateral diffusion path for manufacturing a semiconductor wafer has a large temperature difference between the actual process temperature and the reaction gas injected into the tube, resulting in a temperature gradient inside the tube, and the heated reaction gas flows to the upper side of the tube. Accordingly, there is a problem that the uniformity of the thickness of the oxide film formed on the surface of the wafer during the reaction is lowered due to the gas flow difference between the upper and lower parts in the tube when the process gas is insufficient. Therefore, the purpose of the present invention is to reduce the temperature difference between the actual process temperature and the reaction gas. Another object of the present invention is to ensure a uniform gas flow in the tube.

도 1은 종래의 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로 구성을 보인 단면도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a horizontal diffusion path for manufacturing a conventional semiconductor wafer.

도 2는 본 고안에 의한 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로 구성을 보인 단면도.Figure 2 is a cross-sectional view showing the configuration of a horizontal diffusion path for manufacturing a semiconductor wafer according to the present invention.

도 3은 본 고안의 구획벽 구조를 보인 정면도.Figure 3 is a front view showing a partition wall structure of the present invention.

**도면의주요부분에대한부호의설명**** description of the symbols for the main parts of the drawings **

W:웨이퍼 10:반응실W: wafer 10: reaction chamber

11:튜브 11A:가스주입구11: Tube 11A: Gas inlet

11B:개방부 12,13:지지구11B: open part 12, 13: support

12A,13A:장착홈 14,15:칼라12A, 13A: Mounting groove 14, 15:

16:히팅코일 17:보트16: Heating coil 17: Boat

18:셔터 18A:배출구18: Shutter 18A: Outlet

19:구획벽 19A:가스유출공19: Compartment wall 19A: Gas outflow hole

20:가스예열실20: Gas preheating room

이러한 본 고안의 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 일측에 가스주입구가 형성되고 이의 타측에 다수장의 웨이퍼가 적재된 보트가 출입하면서 배출구를 갖는 셔터에 의해서 개폐되는 개방부를 갖는 튜브와, 상기 튜브를 가열하는 히팅코일이 반응실 내부에 구비됨에 있어서, 상기 가스주입구를 통해 튜브 내부로 주입된 저온의 반응가스 온도를 실제 공정온도로 상승시키면서 튜브 내부를 상.하.좌.우로 균일하게 흐르도록 하기 위한 가스조절수단이 구비된 것을 특징으로 한 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로가 제공된다. 또한 상기 가스조절수단은 가스주입구측 튜브 내부에 구획벽으로 가스예열실을 형성하여 가스주입구를 통해 튜브 내부로 주입된 저온의 반응가스 흐름을 지연시키면서 히팅코일에 의한 튜브의 열로 예열시키고, 이 예열된 반응가스가 튜브 내부를 상.하.좌.우로 균일하게 흐를 수 있도록 상기 구획벽에 직경이 작은 수개의 가스유출공을 형성한 것을 특징으로 한다.In order to achieve the object of the present invention, the present invention is a gas inlet is formed on one side and the boat having a plurality of wafers loaded on the other side of the tube having an opening that is opened and closed by a shutter having a discharge port, and heating the tube In the heating coil is provided in the reaction chamber, the temperature of the low temperature reaction gas injected into the tube through the gas inlet to the actual process temperature while increasing the inside of the tube evenly up, down, left, right Provided is a horizontal diffusion path for manufacturing a semiconductor wafer, wherein the gas adjusting means is provided. In addition, the gas control means is preheated by the heat of the tube by the heating coil while delaying the flow of the low-temperature reaction gas injected into the tube through the gas inlet by forming a gas preheating chamber as a partition wall in the gas inlet side tube, the preheating It characterized in that a plurality of gas outlet holes having a small diameter is formed in the partition wall so that the reaction gas can flow uniformly up, down, left and right inside the tube.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 고안의 구성을 실시예에 따라 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the configuration of the present invention according to the embodiment.

도 2는 본 고안에 의한 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로 구성을 보인 단면도이고, 도 3은 본 고안의 구획벽 구조를 보인 정면도로서, 이 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로는 통상에서와 같이 전.후방으로 관통된 원통체로 된 반응실(10) 내부에 석영으로 된 튜브(11)가 수평방향으로 구비되고, 상기 튜브(11)의 양단은 한 쌍의 지지구(12)(13)에 의해서 반응실(10)에 고정 및 지지되도록 구성된다. 그리고 상기 지지구(12)(13)에는 바깥쪽으로 향하도록 장착홈(12A)(13A)이 형성되고, 상기 장착홈(12A)(13A)에는 연질제로 된 칼라(14)(15)가 튜브(11)의 외측으로 끼워지는 식으로 구비되어 반응시 상기 지지구(12)(13)와 튜브(11) 사이의 틈새를 통해서 반응실(10) 내부의 열이 외부로 빠져 나가지 못하도록 밀폐하도록 구성된다. 또한 상기 반응실(10)의 내측면에는 히팅코일(16)이 구비되어 전원 공급에 의해서 반응실(10) 내부를 가열하도록 구성되고, 상기 튜브(11)의 일측에는 가스주입구(11A)가 형성되어 튜브(11) 내부로 반응가스를 주입할 수 있도록 구성된다. 그리고 상기 가스주입구(11A)의 반대쪽 타측단부는 개방되어져 이 개방부(11B)를 통해서 보트(17)에 적재된 다수장의 웨이퍼(W)가 출입할 수 있도록 구성되고, 상기 개방부(11B)는 배출구(18A)를 갖는 셔터(18)의 작동에 의해서 개폐되도록 구성된다.2 is a cross-sectional view showing the configuration of a horizontal diffusion path for manufacturing a semiconductor wafer according to the present invention, and FIG. 3 is a front view showing the partition wall structure of the present invention, and the horizontal diffusion path for manufacturing a semiconductor wafer penetrates back and forth as usual. A tube 11 made of quartz is provided in the horizontal direction in the reaction chamber 10 made of a cylindrical body, and both ends of the tube 11 are connected to the reaction chamber 10 by a pair of supports 12 and 13. And fixed to and supported). The support grooves 12 and 13 are provided with mounting grooves 12A and 13A facing outwards, and the mounting grooves 12A and 13A have collars 14 and 15 made of soft material. 11) is fitted to the outside of the structure is configured to seal the heat inside the reaction chamber 10 through the gap between the support 12, 13 and the tube 11 during the reaction so as not to escape to the outside. . In addition, a heating coil 16 is provided on an inner surface of the reaction chamber 10 to heat the inside of the reaction chamber 10 by power supply, and a gas inlet 11A is formed on one side of the tube 11. It is configured to inject the reaction gas into the tube (11). And the other end of the opposite side of the gas inlet 11A is opened so that a plurality of wafers (W) loaded on the boat 17 through the opening 11B can enter and exit, the opening 11B is It is configured to open and close by the operation of the shutter 18 having the outlet 18A.

이러한 반도체 웨이퍼 제조용 횡형 확산로에 있어, 본 고안은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 튜브(11) 내부에 구획벽(19)으로 가스예열실(20)이 구비된다. 상기 가스예열실(20)은 튜브(11)의 가스주입구(11A)를 통해 상기 튜브(11) 내부로 주입된 저온의 반응가스 흐름을 지연하면서 상기 반응가스를 히팅코일(16)에 의해 가열된 튜브(11)의 열로 실제 공정온도에 도달하도록 예열하여 반응가스의 온도를 상승시킬 수 있도록 구성한 것이다. 그리고 상기 구획벽(19)에는 도 3에 도시된 바와 같이 표면에 직경이 작은 수개의 가스유출공(19A)을 형성하여 가스예열실(20)에서 예열된 반응가스가 상기 가스유출공(19A)을 통해서 튜브(11) 내부로 상.하.좌.우 균일하게 흘러들어갈 수 있도록 구성된다. 이와 같이 이와 같이 구성된 본 고안은 먼저, 셔터(18)가 상향으로 작동하면서 튜브(11)의 개방부(11B)가 개방된다. 그런 후에는 상기 개방부(11B)를 통해서 웨이퍼(W)가 적재된 보트(17)가 튜브(11) 내부로 인입되고, 다시 셔터(18)가 하강하면서 튜브(11)의 개방부(11B)를 폐쇄시키게 되는 것으로, 이러한 상태에서 이미 부분적으로 산화막이 성장되어 있거나 전혀 성장되어 있지 않은 상기 웨이퍼(W) 표면에 산화막(SiO₂)을 입히는 공정을 수행하게 된다. 이를 위해서는 우선, 반응실(10) 내측면에 구비된 히팅코일(16)에 전원이 공급되어 상기 반응실(10) 내부의 튜브(11)를 가열하게 되고, 일정온도에 도달하면 튜브(11)의 가스주입구(11A)를 통해 반응가스가 주입되는데, 이때 상기 가스주입구(11A)를 통해 튜브(11) 내부로 주입된 반응가스는 가스예열실(20)에서 흐름이 지연되면서 히팅코일(16)에 의해 가열된 튜브(11)의 열로 실제 공정온도에 도달하도록 예열되어 온도가 상승되고, 이 예열된 반응가스는 구획벽(19)에 수개 형성된 가스유출공(19A)을 통해 보트(17)에 적재된 웨이퍼(W) 측으로 확산이 진행되는 것이다.In the horizontal diffusion path for manufacturing a semiconductor wafer, the present invention is provided with a gas preheating chamber 20 as a partition wall 19 inside the tube 11, as shown in FIG. The gas preheating chamber 20 is heated by the heating coil 16 while delaying the flow of the low temperature reaction gas injected into the tube 11 through the gas inlet 11A of the tube 11. Preheated to reach the actual process temperature by the heat of the tube 11 is configured to increase the temperature of the reaction gas. In the partition wall 19, as shown in FIG. 3, several gas outlet holes 19A having a small diameter are formed on the surface, so that the reaction gas preheated in the gas preheating chamber 20 receives the gas outlet holes 19A. Through the tube 11 is configured to flow evenly up, down, left and right. In the present invention configured as described above, first, the opening 11B of the tube 11 is opened while the shutter 18 operates upward. Thereafter, the boat 17 loaded with the wafer W is introduced into the tube 11 through the opening 11B, and the shutter 18 is lowered, and the opening 11B of the tube 11 is lowered. In this state, a process of coating an oxide film (SiO ₂ ) on the surface of the wafer (W) where the oxide film is partially grown or not grown at all is performed in this state. To this end, first, power is supplied to the heating coil 16 provided on the inner surface of the reaction chamber 10 to heat the tube 11 inside the reaction chamber 10, and when the temperature reaches a predetermined temperature, the tube 11 is reached. Reaction gas is injected through the gas inlet 11A of the reaction gas, wherein the reaction gas injected into the tube 11 through the gas inlet 11A is delayed in the gas preheating chamber 20 while the heating coil 16 is delayed. Preheated by the heat of the tube 11 heated to reach the actual process temperature, the temperature is raised, and this preheated reaction gas flows into the boat 17 through several gas outlet holes 19A formed in the partition wall 19. Diffusion proceeds to the loaded wafer (W) side.

이같이 본 고안은 저온의 반응가스를 반응전에 실제 공정온도로 온도를 상승시킨 후 상.하.좌.우로 균일하게 튜브 내부를 흐르면서 웨이퍼와 반응토록 함으로써 상기 튜브 내의 온도 구배를 해소할 수 있을 뿐만 아니라 웨이퍼 위에 형성되는 산화막 두께의 균일도를 보다 향상시킬 수 있는 효과를 갖게 된다.As such, the present invention raises the temperature of the low temperature reaction gas to the actual process temperature before the reaction, and then reacts with the wafer while uniformly flowing the inside of the tube up, down, left, and right to solve the temperature gradient in the tube. It has the effect of further improving the uniformity of the oxide film thickness formed on the wafer.

Claims

In the gas inlet is formed on one side and the boat having a plurality of wafers loaded on the other side, the tube having an opening that is opened and closed by a shutter having a discharge port, and the heating coil for heating the tube is provided in the reaction chamber, A semiconductor wafer comprising gas adjusting means for uniformly flowing up, down, left, and right inside the tube while raising the temperature of the low temperature reaction gas injected into the tube through the gas inlet to the actual process temperature. Horizontal diffusion furnace for manufacturing.

According to claim 1, wherein the gas regulating means is a gas preheating chamber formed in the inner wall of the gas inlet tube to the heat of the tube by the heating coil while delaying the flow of the low-temperature reaction gas injected into the tube through the gas inlet And a plurality of gas outlet holes having a small diameter are formed in the partition wall so that the preheated reaction gas flows uniformly up, down, left and right inside the tube.