KR20000015583U - 종형확산로의 가스분사관 - Google Patents

종형확산로의 가스분사관 Download PDF

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Abstract

종형확산로 내부에 화학소스 가스를 주입하기 위한 종형확산로의 가스분사관에 관하여 개시된다. 개시된 가스분사관은, 가스배출구가 종형확산로 내부의 하부에 위치하도록 설치되는 제1 분사관과, 가스배출구가 종형확산로 내부의 중간부위에 위치하도록 설치되는 제2 분사관과, 가스배출구가 종형확산로 내부의 상부에 위치하도록 설치되는 제3 분사관을 구비하며, 상기 제1 분사관의 가스배출구는 상단부로 갈수록 점차 단면적이 넓어지도록 된 것을 특징으로 한다. 여기에서, 제1 분사관의 가스배출구의 형상은 나팔 형상으로 된 것이 바람직하며, 이와 같은 가스배출구의 형상은 제2 분사관과 제3 분사관에도 적용될 수 있다. 따라서, 가스배출구에서 종형확산로 내부로 배출되는 순간의 화학소스 가스의 압력차가 감소하게 되므로, 화학소스 가스의 배출속도가 감소되고 가스의 흐름도 안정되어 웨이퍼의 균일성이 개선된다. 또한, 실란(SiH4)가스가 분해되어 생성되는 Si 덩어리의 배출로 인한 웨이퍼 표면의 결함 발생을 방지할 수 있다.

Description

종형확산로의 가스분사관{Gas injection tube for a vertical diffusion furnace}
본 고안은 반도체 소자의 제조장치 중 종형확산로에 관한 것으로, 상세하게는 상기 종형확산로 내부에 화학소스 가스를 주입하기 위한 종형확산로의 가스분사관에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 제조에는 다양한 제조공정을 거치게 되며, 그 중에서 반도체 웨이퍼 상에 폴리실리콘 박막을 형성하거나 상기 폴리실리콘 박막에 P 이온을 주입하여 전도성을 주기위해서는 주로 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition)법이 이용된다. 상기 화학기상증착법은 화학소스(Chemical source)를 가스 상태로 장치 내에 공급하여 웨이퍼 표면상에서 확산을 일으킴으로써 유전체막, 도전막 및 반도전막 등을 웨이퍼 표면에 증착시키는 기술이다.
이러한 CVD법은 통상 장치내의 압력에 따라 저압 CVD(LPCVD: Lower Pressure CVD), 상압 CVD(Atmospheric Pressure CVD)로 구분하고, 그 외에도 플라즈마 CVD(PECVD: Plasma Enhanced CVD) 및 광여기 CVD 등이 일반적으로 사용되고 있다. 이중에서 LPCVD는 상압보다 낮은 압력에서 웨이퍼의 표면상에 필요한 물질을 침적시키는 방법으로서 확산공정에서 주로 사용되며, 그 장치로는 통상 종형확산로(Vertical diffusion furnace)가 사용된다.
도 1은 LPCVD 공정을 수행하는 종래의 종형확산로의 개략적 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 종래의 가스분사관을 상세하게 도시한 사시도이다.
도 1과 도 2를 함께 참조하면, 종래의 종형확산로는 일반적으로 내측튜브(Inner tube, 30), 외측튜브(Outer tube, 40), 히터(Heater, 50) 및 플랜지(Flange, 60) 등을 구비하고 있다.
상기 내측튜브(30)는 석영으로 된 관으로, 그 내부에 웨이퍼(10)가 적재된 석영보트(Quartz boat, 20)가 삽입되어 웨이퍼(10) 상에 화학기상증착이 진행되는 곳이다. 상기 외측튜브(40)는 내측 튜브(30)의 외측에 설치되어 그 내부를 밀폐시키는 역할을 하며, 상기 히터(50)는 외측튜브(40)의 외측에 설치되어 웨이퍼(10)를 소정 온도로 가열하게 된다. 그리고, 상기 내측튜브(30)와 외측튜브(40)는 그 하부에 마련된 플랜지(60)에 장착되어 있고, 상기 석영 보트(20)는 받침대(70)에 의해 지지되어 있다. 상기 플랜지(60)의 일측에는 분사관삽입구(61)가 마련되어 이를 통해 가스분사관(100)이 삽입되며, 다른 일측에는 펌프(80)와 연결되어 외측튜브(40) 내부를 감압시키기 위해 공기를 흡입하는 공기배출구(62)가 마련되어 있다.
상기 가스분사관(100)은 화학소스 가스를 상기 내측튜브(30) 내부로 주입하기 위한 것으로, 상기 내측튜브(30)와 석영보트(20) 사이에 위치하도록 설치된다. 상기 가스분사관(100)은 주로 반도체 웨이퍼(10) 상에 전도성을 갖는 폴리실리콘 박막을 형성하기 위해 실란(SiH4)가스와 포스핀(PH3)가스를 주입하기 위한 용도로 사용되거나, 형성된 폴리실리콘 박막에 전도성을 주기위해 포스핀(PH3)가스만을 주입하기 위한 용도로 사용된다.
이러한 가스분사관(100)은 주입되는 화학소스 가스가 상기 내측튜브(30) 내부에 골고루 분산되도록 각각 다른 높이를 갖는 세 개의 분사관(110, 120, 130)으로 이루어져 있다. 세 개의 분사관(110, 120, 130)은 전체가 일정한 구경을 갖는 엘보우 형상으로 되어 있으며, 그 각각의 하단부에는 화학소스 가스가 유입되는 가스유입구(111, 121, 131)가 마련되고, 그 각각의 상단부에는 화학소스 가스를 웨이퍼(10)측으로 분사하기 위한 가스배출구(112, 122, 132)가 마련되어 있다. 세 개의 분사관(110, 120, 130) 중에 제1 분사관(110)은 그 가스배출구(121)가 상기 내측튜브(30) 내부의 하부에 위치하도록 설치되며, 제2 분사관(120)은 그 가스배출구(122)가 상기 내측튜브(30) 내부의 중간부위에 위치하도록 설치되고, 제3 분사관(130)은 그 가스배출구(132)가 상기 내측튜브(30) 내부의 상부에 위치하도록 설치된다. 그리고, 통상 상기 제1 분사관(110)을 통해서는 상술한 실란(SiH4)가스와 포스핀(PH3)가스가 주입되고, 상기 제2 분사관(120) 및 제3 분사관(130)을 통해서는 포스핀(PH3)가스가 주입된다.
그런데, 종래의 가스분사관(100)은 전체가 일정한 구경을 갖고 있으므로, 그 가스배출구(112, 122, 132)를 통해 배출되는 화학소스 가스의 배출속도가 급격히 높아지게 된다. 그 이유는 상기 가스분사관(100)의 가스유입구(111, 121, 131)를 통해 유입되는 화학소스 가스의 초기 온도는 대략 40℃ 정도이나, 가스배출구(112, 122, 132)를 통해 배출되는 상기 화학소스 가스는 상기 히터(50)에 의해 가열되어 그 온도가 대략 500℃ 정도에 달하게 되므로, 이와 같은 온도상승에 따라 화학소스 가스의 급격한 부피팽창이 있기 때문이다. 이와 같이 화학소스 가스의 배출시 순간적으로 압력차이가 커지게 되면 화학소스 가스의 흐름이 불안정해지므로 웨이퍼(10)의 균일성이 저하된다. 특히, 상기 제1 분사관(110)의 가스배출구(112)를 통해 배출되는 화학소스 가스는 빠른 배출속도로 인해 내측튜브(30) 내부의 상부로 올라가게 되므로 내측튜브(30) 내부의 하부에 위치하는 웨이퍼(10)에는 화학소스 가스의 공급이 불충분하게 되어 웨이퍼(10)의 균일성이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 상기 제1 분사관(110)을 통해서는 상술한 바와 같이 실란(SiH4)가스와 포스핀(PH3)가스가 주입되므로, 고온의 상태에서 상기 실란(SiH4)가스가 불안정하게 분해되어 Si 덩어리를 형성하게 되는 경우가 있다. 이와 같이 형성된 Si 덩어리는 웨이퍼(10)의 표면에 부착하여 결함 발생의 요인이 되거나, 상기 제1 분사관(110) 내면에 부착하게 되어 다음 공정에서 질소가스의 주입시에 질소가스와 함께 내측튜브(10) 내부로 배출되어 웨이퍼(10) 표면에 결함을 발생시키게 되는 문제점이 있다.
본 고안은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 상세하게는 가스분사관의 가스배출구의 형상을 개선함으로써, 가스 흐름의 불안정으로 인한 웨이퍼의 균일성 저하와 Si 덩어리로 인한 웨이퍼 표면의 결함 발생을 방지할 수 있도록 된 종형확산로의 가스분사관을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 종형확산로의 개략적 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 가스분사관을 도시한 사시도,
도 3은 본 고안에 따른 종형확산로의 가스분사관의 제1 실시예를 도시한 사시도,
도 4는 본 고안에 따른 종형확산로의 가스분사관의 제2 실시예를 도시한 사시도.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
10...웨이퍼20...석영보트
30...내측튜브40...외측튜브
50...히터60...플랜지
61...분사관삽입구62...가스배출구
70...받침대80...펌프
110,310,410...제1 분사관120,320,420...제2 분사관
130,330,430...제3 분사관
상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 따른 종형확산로의 가스분사관은: 외부로부터 종형확산로 내부에 화학소스 가스를 주입하기 위한 것으로, 가스배출구가 상기 종형확산로 내부의 하부에 위치하도록 설치되는 제1 분사관과, 가스배출구가 상기 종형확산로 내부의 중간부위에 위치하도록 설치되는 제2 분사관과, 가스배출구가 상기 종형확산로 내부의 상부에 위치하도록 설치되는 제3 분사관을 구비하는 종형확산로의 가스분사관에 있어서, 상기 제1 분사관의 가스배출구는 상단부로 갈수록 점차 단면적이 넓어지도록 된 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 제1 분사관의 가스배출구의 형상은 나팔 형상으로 된 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제2 분사관과 제3 분사관의 가스배출구도 상단부로 갈수록 점차 단면적이 넓어지도록 된 것이 바람직하며, 그 가스배출구의 형상도 나팔 형상으로 된 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 고안에 따른 종형확산로의 가스분사관의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 고안에 따른 종형확산로의 가스분사관의 제1 실시예를 도시한 사시도이다.
본 고안에 따른 가스분사관은 LPCVD 공정을 수행하는 종형확산로의 내부에 설치되는 것으로, 실란(SiH4)가스와 포스핀(PH3)가스 등 화학소스 가스를 종형확산로 내부로 주입하는 장치이다.
상기 가스분사관(300)은 주입되는 화학소스 가스가 상기 종형확산로 내부에 골고루 분산되도록 각각 다른 높이를 갖는 세 개의 분사관(310, 320, 330)을 구비한다. 세 개의 분사관(310, 320, 330)은 전체가 일정한 구경을 갖는 엘보우 형상으로 되어 있으며, 그 각각의 하단부에는 화학소스 가스가 유입되는 가스유입구(311, 321, 331)가 마련되고, 그 각각의 상단부에는 화학소스 가스를 상기 종형확산로 내부로 분사하기 위한 가스배출구(312, 322, 332)가 마련된다. 상기 세 개의 분사관(310, 320, 330) 중에 제1 분사관(310)은 그 가스배출구(321)가 상기 종형확산로 냅우의 하부에 위치하도록 설치되며, 제2 분사관(320)은 그 가스배출구(322)가 상기 종형확산로 내부의 중간부위에 위치하도록 설치되고, 제3 분사관(330)은 그 가스배출구(332)가 상기 종형확산로 내부의 상부에 위치하도록 설치된다. 그리고, 통상 상기 제1 분사관(310)을 통해서는 상술한 실란(SiH4)가스와 포스핀(PH3)가스가 주입되고, 상기 제2 분사관(320) 및 제3 분사관(330)을 통해서는 포스핀(PH3)가스가 주입된다.
한편, 본 고안의 특징부로서 상기 제1 분사관(310)의 가스배출구(312)는 상단부로 갈수록 점차 단면적이 넓어지는 형상을 가진다. 그리고, 제1 분사관(310)의 가스배출구(312)의 형상은 상기 제2 분사관(320)의 가스배출구(322)와 제3 분사관(330)의 가스배출구(332)에도 적용될 수 있다.
이와 같이, 상기 제1 분사관(310)의 가스배출구(312)의 단면적이 상단부로 갈수록 점차 넓어지므로, 상기 제1 분사관(310)의 가스배출구(312)에서 상기 종형확산로 내부로 배출되는 순간의 상기 화학소스 가스의 압력차가 감소하게 된다. 이에 따라, 상기 화학소스 가스의 배출속도가 감소되므로, 상기 종형확산로내의 하부에도 화학소스 가스의 충분한 공급이 이루어지며 그 가스의 흐름도 안정되므로, 상기 종형확산로내의 하부에 위치하는 웨이퍼의 균일성이 개선된다.
또한, 상기 제1 분사관(310)을 통해 주입되는 실란(SiH4)가스가 분해되어 Si 덩어리를 형성하고, 형성된 Si 덩어리가 제1 분사관(310)의 내면에 부착되어 있는 경우에도, 다음 공정에서 주입되는 질소가스의 배출속도가 감소되고 흐름이 안정되어 상기 Si 덩어리는 질소가스와 함께 배출되지 않는다. 따라서, Si 덩어리가 종형확산로 내부로 배출됨에 따른 웨이퍼 표면의 결함 발생을 방지할 수 있게 된다.
도 4는 본 고안에 따른 종형확산로의 가스분사관의 제2 실시예를 도시한 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 가스분사관(400)은 상기 실시예에서와 동일하게 세 개의 분사관(410, 420, 430)을 구비한다. 세 개의 분사관(410, 420, 430) 각각의 하단부에는 화학소스 가스가 유입되는 가스유입구(411, 421, 431)가 마련되고, 그 각각의 상단부에는 화학소스 가스를 상기 종형확산로 내부로 분사하기 위한 가스배출구(412, 422, 432)가 마련된다. 그리고, 상기 가스배출구(412, 422, 432)의 형상은 상단부로 갈수록 점차 단면적이 넓어지는 나팔 형상으로 되어 있다. 한편, 이와 같은 가스배출구(412, 422, 432)의 형상은 제1 분사관(410)에만 적용하고 제2 분사관(420)과 제3 분사관(430)에는 적용하지 않을 수 있다.
이와 같이, 본 고안의 제2 실시예 따른 가스분사관(400)은 나팔 형상으로 된 가스배출구(412, 422, 432)를 구비하므로, 상기 제1 분사관(410)의 가스배출구(412)에서 상기 종형확산로 내부로 배출되는 순간의 상기 화학소스 가스의 압력차가 상술한 제1 실시예에서 보다 더 감소될 수 있으며, 이에 따른 효과에 있어서도 상술한 제1 실시예에서 보다 더 우수하게 될 수 있다.
본 고안은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 고안의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 실용신안등록청구의범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 종형확산로의 가스분사관은 그 가스배출구의 단면적이 상단부로 갈수록 점차 넓어지는 형상을 가지므로, 상기 가스배출구에서 종형확산로 내부로 배출되는 순간의 화학소스 가스의 압력차가 감소하게 된다. 따라서, 화학소스 가스의 배출속도가 감소되어 종형확산로내의 하부에도 화학소스 가스의 충분한 공급이 이루어지며 가스의 흐름도 안정되므로 웨이퍼의 균일성이 개선된다. 또한, 실란(SiH4)가스가 분해되어 생성되는 Si 덩어리의 배출로 인한 웨이퍼 표면의 결함 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 외부로부터 종형확산로 내부에 화학소스 가스를 주입하기 위한 것으로, 가스배출구가 상기 종형확산로 내부의 하부에 위치하도록 설치되는 제1 분사관과, 가스배출구가 상기 종형확산로 내부의 중간부위에 위치하도록 설치되는 제2 분사관과, 가스배출구가 상기 종형확산로 내부의 상부에 위치하도록 설치되는 제3 분사관을 구비하는 종형확산로의 가스분사관에 있어서,
    상기 제1 분사관의 가스배출구는 상단부로 갈수록 점차 단면적이 넓어지도록 된 것을 특징으로 하는 종형확산로의 가스분사관.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분사관의 가스배출구의 형상은 나팔 형상으로 된 것을 특징으로 하는 종형확산로의 가스분사관.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 분사관과 제3 분사관의 가스배출구도 상단부로 갈수록 점차 단면적이 넓어지도록 된 것을 특징으로 하는 종형확산로의 가스분사관.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 분사관과 제3 분사관의 가스배출구의 형상도 나팔 형상으로 된 것을 특징으로 하는 종형확산로의 가스분사관.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학소스 가스는 포스핀(PH3)가스 또는 포스핀(PH3)가스와 실란(SiH4)가스의 혼합가스인 것을 특징으로 하는 종형확산로의 가스분사관.
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