KR20000026364A - Gas injection pipe used in vertical diffusion furnace - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조장치 중 종형확산로에 사용되는 가스 분사관에 관한 것으로, 특히 그 일부에 구경축소부가 형성된 종형확산로에 사용되는 가스 분사관에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas injection tube for use in a vertical diffusion furnace in a device for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a gas injection tube for use in a vertical diffusion path in which a diameter reduction portion is formed.
일반적으로 반도체 소자의 제조에는 다양한 제조공정을 거치게 되며, 그 중에서 폴리실리콘 박막에 P 이온을 주입하여 반도체 특성을 나타내기 위해서는 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.In general, a semiconductor device is manufactured through various manufacturing processes, and chemical vapor deposition (CVD) is mainly used to inject P ions into a polysilicon thin film to exhibit semiconductor characteristics. The chemical vapor deposition method is a technique of depositing a dielectric film, a conductive film, a semiconducting film, etc. on the wafer surface by supplying a chemical source into the device in a gas state to cause diffusion on the wafer surface.
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.The CVD method is generally classified into low pressure CVD (LPCVD) and atmospheric pressure CVD (LPCVD) according to the pressure in the apparatus. In addition, plasma CVD (PECVD) and photoexcitation CVD are generally used. It is used. Among them, LPCVD is mainly used in the diffusion process as a method of depositing the necessary material on the surface of the wafer at a pressure lower than the normal pressure, a vertical diffusion furnace is usually used as the apparatus.
도 1에는 LPCVD 공정을 수행하는 종래의 종형확산로의 개략적 구성도가 도시되어 있다.1 shows a schematic diagram of a conventional vertical diffusion furnace performing an LPCVD process.
도 1에 도시된 바와 같이, 종형확산로는 일반적으로 내측튜브(Inner tube, 30), 외측튜브(Outer tube, 40), 히터(Heater, 50) 및 플랜지(Flange, 60) 등을 구비하고 있다.As shown in FIG. 1, the vertical diffusion furnace generally includes an inner tube 30, an outer tube 40, a heater 50, a flange 60, and the like. .
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.The inner tube 30 is a tube made of quartz, and is a place where a chemical vapor deposition proceeds on the wafer 10 by inserting a quartz boat 20 into which the wafer 10 is loaded. The outer tube 40 is installed outside the inner tube 30 to seal the inside thereof, and the heater 50 is installed outside the outer tube 40 to bring the wafer 10 to a predetermined temperature. Heating.
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(61a, 61b)가 마련되어 이를 통해 가스 분사관(100)이 삽입되며, 다른 일측에는 펌프(80)와 연결되어 외측튜브(40) 내부를 감압시키기 위해 공기를 흡입하는 공기배출구(62)가 마련되어 있다.The inner tube 30 and the outer tube 40 are mounted to a flange 60 provided at a lower portion thereof, and the quartz boat 20 is supported by a pedestal 70. One side of the flange (60) is provided with injection pipe inserts (61a, 61b) through which the gas injection pipe 100 is inserted, the other side is connected to the pump 80 to reduce the pressure inside the outer tube (40) An air outlet 62 for sucking air is provided.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 가스 분사관을 상세하게 도시한 사시도이다.2 is a perspective view showing in detail the conventional gas injection pipe shown in FIG.
상기 가스 분사관(100)은 웨이퍼(10)에 P 이온을 주입하기 위하여 포스핀(Phosphine, PH3) 가스를 상기 내측튜브(30) 내부로 주입하기 위한 것으로, 내측 튜브(30)와 웨이퍼(10) 사이에 위치하도록 설치된다. 상기 가스 분사관(100)은 전체가 일정한 구경을 갖는 엘보우 형상으로 되어 있으며, 하단부에는 포스핀 가스가 주입되는 주입구(110)가 마련되고 타측에는 포스핀 가스를 웨이퍼(10)측으로 분사하기 위한 다수의 분사구(121~124)가 마련되어 있다. 상기 분사구(121~124)는 하부로부터 상부로 소정 간격을 갖고 형성되는 제1 분사구(121), 제2 분사구(122), 제3 분사구(123) 및 제4 분사구(124)로 구성된다.The gas injection pipe 100 is for injecting phosphine (Phosphine, PH 3 ) gas into the inner tube 30 to inject P ions into the wafer 10, and the inner tube 30 and the wafer ( 10) is installed to be located between. The gas injection pipe 100 has an elbow shape with a predetermined diameter in its entirety, and an injection hole 110 through which phosphine gas is injected is provided at a lower end thereof, and a plurality of injection holes for phosphine gas are injected to the other side. Injection nozzles 121 to 124 are provided. The injection holes 121 to 124 may include a first injection hole 121, a second injection hole 122, a third injection hole 123, and a fourth injection hole 124 formed at a predetermined interval from a lower portion to an upper portion.
그런데, 종래의 가스 분사관(100)은 일정한 구경을 갖고 있으므로, 그 내부를 통과하는 포스핀 가스의 유속이 일정하게 되며, 이러한 포스핀 가스의 일정한 유속으로 인해 상기 주입구(110)와 가까운 곳에 위치하는 제1 분사구(121)와 제2 분사구(122)를 통해 내측튜브(30) 내부로 보다 많은 양의 포스핀 가스를 배출하게 된다. 이에 따라 제3 분사구(123)와 제4 분사구(124)를 통해 배출되는 포스핀 가스의 양이 줄어들게 되고 결국 내측튜브(30)의 상부에 위치하는 웨이퍼(10)에는 P 이온의 주입량이 낮아지는 현상이 발생하게 된다. 내측튜브(30)의 하부에 위치하는 웨이퍼(10)에는 별도의 분사관 삽입구(61b)를 통해 도시되지 않은 짧은 직선형의 분사관을 사용하여 포스핀 가스를 주입할 수 있으므로 P 이온의 주입량을 조절할 수 있으나, 내측튜브(30)의 상부에 위치하는 웨이퍼(10)에는 이 방법도 불가능하다. 따라서, 내측튜브(30)의 상부에 위치하는 웨이퍼(10)에는 P 이온의 주입량이 감소하여 웨이퍼(10)의 균일성이 저하되는 문제점이 있다.However, since the conventional gas injection pipe 100 has a constant aperture, the flow rate of the phosphine gas passing through the inside becomes constant, and the position of the gas injection pipe 100 is close to the injection hole 110 due to the constant flow rate of the phosphine gas. Through the first injection hole 121 and the second injection hole 122 is to discharge a greater amount of phosphine gas into the inner tube (30). Accordingly, the amount of phosphine gas discharged through the third and fourth injection holes 123 and 124 is reduced, and thus, the amount of P ions injected into the wafer 10 positioned on the upper side of the inner tube 30 is lowered. The phenomenon occurs. Since the phosphine gas can be injected into the wafer 10 positioned below the inner tube 30 using a short straight injection tube (not shown) through a separate injection tube insertion hole 61b, the amount of P ions is controlled. However, this method is not possible for the wafer 10 positioned on the inner tube 30. Therefore, the amount of P ions injected is reduced in the wafer 10 positioned above the inner tube 30, thereby decreasing the uniformity of the wafer 10.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 상세하게는 상, 하부 위치에 관계 없이 P 이온 등 불순물의 주입량이 균일하도록 일부에 구경축소부가 형성된 종형확산로에 사용되는 가스 분사관을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, in detail, the gas used in the vertical diffusion furnace in which the diameter reducing portion is formed in a portion so that the injection amount of impurities such as P ions are uniform regardless of the upper and lower positions. The purpose is to provide a spray tube.
도 1은 종래의 종형확산로의 개략적 구성도,1 is a schematic configuration diagram of a conventional vertical diffusion furnace,
도 2는 종래의 가스 분사관을 도시한 사시도,2 is a perspective view showing a conventional gas injection pipe,
도 3에서 도 6은 본 발명에 따른 가스 분사관의 다양한 실시예를 도시한 사시도.3 to 6 are perspective views showing various embodiments of the gas injection pipe according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10...웨이퍼 20...석영보트10 ... wafer 20 ... quartz boat
30...내측튜브 40...외측튜브30 Inner tube 40 Outer tube
50...히터 60...플랜지50 ... heater 60 ... flange
61a,61b...분사관삽입구 62...가스배출구61a, 61b ... Injector inlet 62 ... Gas outlet
70...받침대 80...펌프70 pedestal 80 pump
100,300,400,500,600...가스 분사관100,300,400,500,600 ... gas injection pipe
110,310,410,510,610...주입구110,310,410,510,610 ... Inlet
121~124, 321~324, 421~424, 521~524, 621~624...제1 ~ 제4 분사구121 to 124, 321 to 324, 421 to 424, 521 to 524, 621 to 624 ...
330,430,530,630...구경축소부330,430,530,630
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 종형확산로에 사용되는 가스 분사관은: 외부로부터 화학소스 가스가 유입되는 주입구와, 높이 방향으로 소정의 간격을 갖고 복수개가 마련되며 상기 화학소스 가스를 종형확산로 내부로 분사하는 분사구를 구비하는 종형확산로에 사용되는 가스 분사관에 있어서; 상기 복수개의 분사구가 마련된 부분 중 일부분에, 타부분에 비해 구경이 축소된 구경축소부가 형성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the gas injection tube used in the vertical diffusion furnace according to the present invention includes: an injection hole into which a chemical source gas is introduced from the outside, and a plurality of gas injection tubes are provided at a predetermined interval in a height direction and vertically shape the chemical source gas. A gas injection tube for use in a vertical diffusion furnace having an injection hole for injecting into a diffusion furnace; A portion of the portion provided with the plurality of injection holes, characterized in that the aperture reduction portion is reduced compared to the other portion is formed.
여기에서, 상기 가스 분사관은 종형확산로 내부에 포스핀(PH3) 가스를 주입하는 것임을 특징으로 하는 것이 바람직하다.Here, the gas injection pipe is preferably characterized in that to inject the phosphine (PH 3 ) gas into the vertical diffusion path.
이와 같은 본 발명에 따르면, 가스 분사관을 통해 주입되는 P 이온 등 불순물의 주입량을 상, 하부 위치에 관계없이 균일하도록 조절할 수 있게 된다.According to the present invention, it is possible to adjust the injection amount of impurities such as P ions injected through the gas injection tube to be uniform regardless of the upper and lower positions.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 종형확산로에 사용되는 가스 분사관의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the gas injection pipe used in the vertical diffusion furnace according to the present invention.
도 3에서 도 6은 본 발명에 따른 가스 분사관의 다양한 실시예를 도시한 사시도이다.3 to 6 are perspective views showing various embodiments of the gas injection pipe according to the present invention.
본 발명에 따른 가스 분사관은 LPCVD 공정을 수행하는 종형확산로의 내부에 설치되는 것으로, 웨이퍼에 P 이온 등 불순물을 주입시키기 위하여 포스핀 가스 등 화학소스 가스를 종형확산로 내부로 주입하는 장치이다.The gas injection tube according to the present invention is installed inside a vertical diffusion furnace performing an LPCVD process, and injects a chemical source gas such as phosphine gas into the vertical diffusion furnace to inject impurities such as P ions into the wafer. .
먼저 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 분사관(300)은 엘보우 형상으로 되어 있으며, 하단부에는 외부로부터 포스핀 가스가 유입되는 주입구(310)가 마련되고, 높이 방향으로는 상기 포스핀 가스를 종형확산로 내부로 분사하기 위한 복수개의 분사구(321~324)가 마련된다. 상기 분사구(321~324)는 하부로부터 상부로 소정 간격을 갖고 형성되는 제1 분사구(321), 제2 분사구(322), 제3 분사구(323) 및 제4 분사구(324)로 구성된다. 그리고, 상기 제2 분사구(322)가 마련된 부위에는 타 부위보다 구경이 축소된 구경축소부(330)가 형성된다.First, as shown in FIG. 3, the gas injection pipe 300 according to the present invention has an elbow shape, and an injection hole 310 into which a phosphine gas is introduced from the outside is provided at a lower end of the gas injection pipe 300. A plurality of injection holes 321 to 324 for injecting the fin gas into the vertical diffusion furnace are provided. The injection holes 321 ˜ 324 may include a first injection hole 321, a second injection hole 322, a third injection hole 323, and a fourth injection hole 324 formed at a predetermined interval from a lower part to an upper part. In addition, a diameter reducing part 330 having a smaller diameter than other portions is formed at a portion where the second injection hole 322 is provided.
상기 구경축소부(330)에서는 베르누이 정리에 의해 유속이 빨라지고 압력이 저하되므로, 제2 분사구(322)를 통한 포스핀 가스의 주입량이 감소하게 되며, 이에 따라 이보다 상부에 위치하는 제3 분사구(323)와 제4 분사구(324)를 통한 포스핀 가스 주입량이 증가하게 된다. 따라서, 종형확산로내의 상부에 위치하는 웨이퍼에도 포스핀 가스의 공급이 원활하게 이루어지므로, 웨이퍼의 위치에 관계없이 보다 균일한 P 이온의 주입량을 얻을 수 있게 된다.In the aperture reduction unit 330, the flow rate is increased and the pressure is lowered by Bernoulli's theorem, so that the injection amount of phosphine gas through the second injection hole 322 is reduced, and thus the third injection hole 323 located above. And the phosphine gas injection amount through the fourth injection hole 324 is increased. Therefore, since the phosphine gas is smoothly supplied to the wafer located in the upper portion of the vertical diffusion furnace, more uniform P ion implantation amount can be obtained regardless of the wafer position.
도 4에는 다른 실시예가 도시되어 있다. 이에 따르면, 가스 분사관(400)은 상기 실시예에서와 동일하게 주입구(410)와 복수개의 분사구(421~424)를 구비한다. 그리고, 제2 분사구(422)와 제3 분사구(423) 및 제4 분사구(424)가 마련된 부위에 구경축소부(430)가 형성되며, 이에 따라 제1 분사구(421)가 마련된 부위보다 제2 분사구(422)가 마련된 부위에서 유속이 빨라지게 되므로, 포스핀 가스가 제3 분사구(423)와 제4 분사구(424)가 마련된 부위까지 원활하게 공급된다. 따라서, 제3 분사구(323)와 제4 분사구(324)를 통한 포스핀 가스 주입량이 증가하게 된다.Another embodiment is shown in FIG. 4. According to this, the gas injection pipe 400 includes an injection hole 410 and a plurality of injection holes 421 to 424 as in the above embodiment. In addition, the aperture reduction part 430 is formed at a portion where the second injection hole 422, the third injection hole 423, and the fourth injection hole 424 are provided. Since the flow velocity is increased at the portion where the injection hole 422 is provided, the phosphine gas is smoothly supplied to the portion where the third injection hole 423 and the fourth injection hole 424 are provided. Therefore, the phosphine gas injection amount through the third injection hole 323 and the fourth injection hole 324 is increased.
도 5와 도 6에는 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 5에 도시된 가스 주입관(500)은 제1 분사구(521)와 제2 분사구(522)가 마련된 부위보다 제3 분사구(523)와 제4 분사구(524)가 마련된 부위의 구경이 축소된 구경축소부(530)를 가지며, 도 6에 도시된 가스 주입관(600)은 제1 분사구(621)와 제2 분사구(622) 및 제3 분사구(623)가 마련된 부위보다 제4 분사구(624)가 마련된 부위의 구경이 축소된 구경축소부(630)를 가진다. 이와 같은 실시예에서는 구경축소부의 형성 위치에 따라 각각의 분사구를 통해 주입되는 포스핀 가스 등 화학소스 가스의 주입량을 조절할 수 있게 된다.Another embodiment is shown in FIGS. 5 and 6. In the gas injection pipe 500 illustrated in FIG. 5, the diameter of the portion where the third injection hole 523 and the fourth injection hole 524 are provided is smaller than the portion where the first injection hole 521 and the second injection hole 522 are provided. The gas injection pipe 600 illustrated in FIG. 6 has a diameter reducing part 530, and the gas injection pipe 600 illustrated in FIG. 6 has a fourth injection hole 624 than a portion provided with the first injection hole 621, the second injection hole 622, and the third injection hole 623. ) Has a diameter reduction unit 630 is reduced in the diameter of the provided portion. In this embodiment, it is possible to adjust the injection amount of the chemical source gas, such as phosphine gas injected through each injection port according to the formation position of the aperture reducing portion.
본 발명은 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 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely illustrative, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the appended claims.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 종형확산로에 사용되는 가스 분사관은 이를 통해 주입되는 포스핀 가스 등 화학소스 가스의 주입량을 상, 하부 위치에 관계없이 균일하도록 조절할 수 있게 된다. 따라서, 종형확산로 내부에 로딩되는 웨이퍼의 위치에 따라 P 이온 등 불순물의 주입량이 달라지는 문제점, 특히 상부에 위치하는 웨이퍼의 P 이온 주입량이 보다 적게 되는 문제점을 해결할 수 있게 되어 웨이퍼의 균일성이 향상된다.As described above, the gas injection pipe used in the vertical diffusion furnace according to the present invention can adjust the injection amount of the chemical source gas such as phosphine gas injected through it to be uniform regardless of the upper and lower positions. Therefore, it is possible to solve the problem that the implantation amount of impurities such as P ions varies depending on the position of the wafer loaded inside the vertical diffusion furnace, in particular, the problem that the P ion implantation amount of the wafer located above is smaller, thereby improving the uniformity of the wafer. do.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100907148B1 (en) * | 2003-10-20 | 2009-07-09 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Film forming apparatus and film forming method |
-
1998
- 1998-10-20 KR KR1019980043872A patent/KR20000026364A/en not_active Application Discontinuation
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| WITN | Withdrawal due to no request for examination |