KR20010087895A - Gas flow nozzle structure for generating nitride in semiconductor fabrication equipment - Google Patents

Gas flow nozzle structure for generating nitride in semiconductor fabrication equipment Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A structure of a gas spray nozzle for forming a nitride layer is provided to minimize generation of power caused by unreacted residue gas in a process for forming the nitride layer, by simultaneously spraying two kinds of gas through the same spraying hole to make reaction regions coincide with each other. CONSTITUTION: The first gas nozzle sprays the first source gas. The second gas nozzle sprays the second source gas. Spraying holes(105) of the first and second spray nozzles for a reaction for forming a nitride layer coincide with each other so that the first and second source gas is sprayed on a reaction tube through the same spraying hole.

Description

반도체 제조 설비의 질화막 생성용 가스분사 노즐 구조{GAS FLOW NOZZLE STRUCTURE FOR GENERATING NITRIDE IN SEMICONDUCTOR FABRICATION EQUIPMENT}GAS FLOW NOZZLE STRUCTURE FOR GENERATING NITRIDE IN SEMICONDUCTOR FABRICATION EQUIPMENT}

본 발명은 반도체 제조 설비에 관한 것으로, 특히 저압 화학기상증착 프로세스에서 질화막을 생성하는 공정 진행시 반응할 가스의 미반응으로 인한 잔류가스로 인해 파우더의 발생을 최소화하기 위한 가스분사 노즐 구조에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing equipment, and more particularly, to a gas injection nozzle structure for minimizing the generation of powder due to residual gas due to unreacted gas to be reacted during a process of forming a nitride film in a low pressure chemical vapor deposition process. .

반도체 제조 공정 중에는 전기로(Furnace)를 사용하는 저압 화학기상증착(LP-CVD: Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 프로세스가 있는데, 그 중 질화물(NITRIDE) 공정은 이염화 실란(SiH2Cl2)과 암모니아(NH3)를 서로 반응시켜 질화규소(Si3N4: 질화막)를 생성한다. 상기 질화막 성장 방법은 전기로 내의 반응관으로 서셉터(SUSCEPTOR)에 웨이퍼를 차지(CHARGE)시켜 상기 반응관 내로 상기 서셉터를 로딩시킨 후 일정한 온도, 압력 및 가스를 가해서 상기 질화규소의 막질을 생성하게 된다. 이에 대한 반응식은 하기와 같다.Among the semiconductor manufacturing processes, there is a Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LP-CVD) process using an electric furnace, and the nitride (NITRIDE) process uses silane dichloride (SiH 2 Cl 2 ) and ammonia. (NH 3 ) is reacted with each other to produce silicon nitride (Si 3 N 4 : nitride film). The nitride film growth method involves charging a wafer to a susceptor (SUSCEPTOR) with a reaction tube in an electric furnace, loading the susceptor into the reaction tube, and then applying a constant temperature, pressure, and gas to generate a film quality of the silicon nitride. do. The reaction scheme is as follows.

3SiH2Cl2+ 4NH3→ Si3N4+ 6H2↑ + 6HCL↑ → Si3N4 3SiH 2 Cl 2 + 4NH 3 → Si 3 N 4 + 6H 2 ↑ + 6HCL ↑ → Si 3 N 4

이때, 가하는 온도는 680°, 압력은 30 Pa 정도이다.At this time, the temperature to be added is 680 ° and the pressure is about 30 Pa.

이렇게 생성된 Si3N4질화막의 종류로는 Normal한 질화물(Si3N4)과 Thin 질화물(Si3N4) 및 OXINITRIDE(SiON) 등이 있으며, 용도는 주로 마스킹 역할을 한다.Types of the Si 3 N 4 nitride film thus formed include normal nitride (Si 3 N 4 ), thin nitride (Si 3 N 4 ), and OXINITRIDE (SiON), and mainly use a masking role.

통상적인 반도체 제조 설비의 전기로 구성이 도 1에 도시되어 있다. 상기 전기로 구성을 간단히 설명하면; 상기 전기로(100)는 최외곽에 챔버(7)가 위치하며, 상기 챔버(7)의 내부에 돔 형태의 외부 튜브(5)와, 그 내부에 내부 튜브(3)가 각각 위치한다. 상기 외부 튜브(5)와 내부 튜브(3) 사이의 통로 하단의 일측에는 진공시스템(15)과 연결된다. 그리고, 웨이퍼를 적재하는 보트(13)가 이송 시스템(17)에 의해 챔버 내부로 이송된다. 상기 보트(13)는 다수의 보트 슬롯(11)이 구성되며, 상기 보트 슬롯(11)에 상기 웨이퍼(9)가 적재된다. 상기 튜브에 의해 둘러 쌓인 곳을 반응로라 하며, 상기 내/외부 튜브를 총칭하여 "반응관"이라고 한다. 상기 반응관 하단에는 상기 질화막 공정을 위한 이염화 실란(SiH2Cl2)과 암모니아(NH3) 가스를 분사하는 가스 노즐(50)이 설치된다. 상기 가스 노즐(50)은 가스 패널(18)에 의해 가스 공급부(17)에 연결되어 가스를 공급받는다.The furnace configuration of a typical semiconductor manufacturing facility is shown in FIG. 1. Briefly describing the configuration of the electric furnace; In the electric furnace 100, a chamber 7 is located at the outermost part, an outer tube 5 having a dome shape inside the chamber 7, and an inner tube 3 are located therein. One side of the lower end of the passage between the outer tube 5 and the inner tube 3 is connected to the vacuum system 15. And the boat 13 which loads a wafer is conveyed in chamber inside by the transfer system 17. As shown in FIG. The boat 13 is composed of a plurality of boat slots 11, the wafer 9 is loaded in the boat slot (11). The area surrounded by the tube is called a reaction furnace, and the inner and outer tubes are collectively called a “reaction tube”. A gas nozzle 50 for injecting silane dichloride (SiH 2 Cl 2 ) and ammonia (NH 3 ) gas for the nitride film process is installed at the bottom of the reaction tube. The gas nozzle 50 is connected to the gas supply unit 17 by the gas panel 18 to receive gas.

이러한 구성을 갖는 가스로의 문제점은 질화물 공정시 이염화 실란(SiH2Cl2) 가스와 암모니아(NH3) 가스가 반응할 때 가스 미반응에 의한 잔류 가스에 의한 파우더(POWDER)(NH4Cl)가 자주 발생한다는 것이다. 이는 도 2에 도시된 종래 가스 분사 노즐의 제1구성예와 같이 이염화 실란 가스 노즐(51)과 암모니아 가스 노즐(53)이 냉각 프랜지를 관통하여 각각의 분사구가 서로 평행하도록 구성되어 이로 인해 두 가스의 반응영역이 넓어져 미반응에 의한 파우더 발생을 초래하였다.The problem with the gas having such a configuration is that the powder (POWDER) (NH 4 Cl) due to unreacted gas when the silane dichloride (SiH 2 Cl 2 ) gas and the ammonia (NH 3 ) gas react during the nitride process is reacted. It happens frequently. This is because, as in the first configuration example of the conventional gas injection nozzle shown in FIG. 2, the silane dichloride gas nozzle 51 and the ammonia gas nozzle 53 pass through the cooling flange so that the respective injection holes are parallel to each other. The reaction region of the gas was widened to cause powder generation due to unreacted gas.

이를 개선한 종래의 가스 분사 노즐이 도 3에 도시되어 있다. 상기 도 3은 종래 가스 분사 노즐의 제2구성예로서, 종래 이염화 실란(SiH2Cl2) 가스를 분사하는 이염화 실란 가스 노즐(55) 또는 암모니아(NH3) 가스를 분사하는 암모니아 가스 노즐(57)의 어느 하나의 노즐 구조를 엘보우(ELBOW) 형태로 구성하여 두 가스가 분사되었을 때 교차되도록 한다. 이는 상기 도 2에 도시된 가스 노즐 구조보다 가스 반응이 많이 향상되어 파우더 발생 양을 줄이고자 한 것이다.A conventional gas injection nozzle that improves this is shown in FIG. 3. 3 is a second configuration example of a conventional gas injection nozzle, a conventional chlorine dichloride gas nozzle 55 for injecting silane (SiH 2 Cl 2 ) gas or an ammonia gas nozzle for injecting ammonia (NH 3 ) gas The nozzle structure of any one of 57 is formed in the form of an elbow so that the two gases are intersected when they are injected. This is to reduce the amount of powder generated by the gas reaction is much improved than the gas nozzle structure shown in FIG.

그러나, 이러한 가스 노즐 또한 여전히 두 가스의 반응영역이 일치되지 않음에 따라 미반응이 일어나게 되는데, 특히 반응관 하부 쪽에 파우더의 발생양이 많아질 수 있다.However, such gas nozzles still cause unreacted reactions because the reaction zones of the two gases do not coincide. In particular, the amount of powder generated in the lower side of the reaction tube may increase.

따라서 본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 반도체 제조 설비에서 질화막을 생성하는 공정 진행시 미반응 잔류 가스로 인한 파우더의 발생을 최소화할 수 있는 가스 분사 노즐 구조를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a gas injection nozzle structure that can minimize the generation of powder due to the unreacted residual gas during the process of producing a nitride film in a semiconductor manufacturing equipment to solve the above problems.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 반도체 제조 설비의 반응관 하단 부위에 설치되는 질화막 생성용 가스분사 노즐 구조를 제1가스 노즐과 제2가스 노즐의 분사구를 일치시켜 동일한 분사구를 통해 제1소오스 가스와 제2소오스 가스를 반응관으로 분사될 수 있도록 형성함을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides the first source gas through the same injection port by matching the injection ports of the first gas nozzle and the second gas nozzle to a nitride film generation gas injection nozzle structure installed at the lower portion of the reaction tube of the semiconductor manufacturing facility. And a second source gas to be injected into the reaction tube.

도 1은 통상적인 반도체 제조 설비의 전기로 구성도1 is a schematic diagram of an electric furnace of a conventional semiconductor manufacturing facility

도 2는 종래 가스 분사 노즐의 제1구성예를 도시한 도면2 is a view showing a first configuration example of a conventional gas injection nozzle;

도 3은 종래 가스 분사 노즐의 제2구성예를 도시한 도면3 is a view showing a second configuration example of a conventional gas injection nozzle;

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 분사 노즐의 구성도4 is a configuration diagram of a gas injection nozzle according to the first embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 가스 분사 노즐의 구성도5 is a configuration diagram of a gas injection nozzle according to a second embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100: 전기로 50: 가스 분사 노즐부100: electric furnace 50: gas injection nozzle unit

20: 냉각 프랜지 105: 분사구20: cooling flange 105: nozzle

본 발명에 적용되는 전기로의 구성은 가스 분사 노즐부(50)를 제외하고는 상술한 도 1에 도시된 전기로(100)의 구성부와 동일하며, 또한 상기 전기로에서 저압 화학기상증착(LP-CVD) 프로세스의 질화막 생성 공정은 상기 반응식 1과 동일하다. 따라서, 여기서는 상기 전기로(100)의 일반적인 구성 및 동작에 대한 설명은 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되어 생략하기로 한다.The configuration of the electric furnace applied to the present invention is the same as the configuration of the electric furnace 100 shown in FIG. 1 except for the gas injection nozzle unit 50, and also the low pressure chemical vapor deposition (LP-) in the electric furnace The nitride film production process of the CVD process is the same as in Scheme 1. Therefore, the description of the general configuration and operation of the electric furnace 100 will be omitted since it may be unnecessarily obscure the subject matter of the present invention.

본 발명은 반도체 제조 설비의 반응관 하단 부위에 설치되는 질화막 생성용가스분사 노즐부(50) 구조를 예를 들어 이염화 실란 가스인 제1소오스 가스(SOURCE GAS)를 분사하는 제1가스 노즐과 예를 들어 암모니아 가스인 제2소오스 가스를 분사하는 제2가스 노즐의 분사구를 일치시켜 상기 두 가스를 동일한 분사구를 통해 반응관으로 분사되도록 하여 상기 반응식 1의 반응을 진행하여 질화막을 생성하도록 한 것이다. 따라서, 상기 두 가스 노즐의 분사구를 일치시킴으로써 반응할 제1소오스 가스와 제2소오스 가스를 상기 반응관 내로 분사하게 되면 두 가스의 반응영역이 일치하여 미반응 잔류 가스를 최소화 할 수 있다.The present invention provides a structure of a nitride film generation gas injection nozzle unit 50 provided at a lower portion of a reaction tube of a semiconductor manufacturing facility. For example, by matching the injection holes of the second gas nozzle for injecting a second source gas, which is ammonia gas, the two gases are injected into the reaction tube through the same injection port to proceed with the reaction of Scheme 1 to generate a nitride film. . Accordingly, when the first source gas and the second source gas to be reacted by matching the injection ports of the two gas nozzles are injected into the reaction tube, the reaction regions of the two gases may be matched to minimize the unreacted residual gas.

이하 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고, 하기의 실시예들에서는 질화물 생성을 위한 반응가스로 이염화 실란 가스를 제1소오스 가스로 하고, 암모니아 가스를 제2소오스 가스로 예를 들어 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components have the same reference numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In the following embodiments, the silane dichloride gas is used as the first source gas and the ammonia gas is described as the second source gas as a reaction gas for forming nitride.

먼저, 도 4를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 분사 노즐의 구조를 설명한다.First, the structure of a gas injection nozzle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4.

상기 이염화 실란(SiH2Cl2) 가스를 반응관(A) 내부로 분사하는 제1가스 노즐(101)과 상기 암모니아(NH3) 가스를 상기 반응관(A) 내부로 분사하는 제2가스 노즐(103)이 상기 반응관(A) 하단에 위치한 냉각 프랜지(20)를 각각 관통한다. 상기 냉각 프랜지(20)를 각각 관통한 상기 제1가스 노즐(101)과 상기 제2가스노즐(103)은 상기 냉각 프랜지(20) 내측에서 서로 연결되어 두 가스 노즐의 분사구(105)를 하나로 일치한다. 즉, 본 발명의 제1실시예에서는 상기 냉각 프랜지(20) 내측에서 상기 제1가스 노즐(101)과 상기 제2가스 노즐(103)이 서로 연결되어 하나의 분사구를 이루도록 가스분사 노즐 구조를 형성하여 질화막 생성을 위한 가스 분사시 하나의 분사구를 통해 두 가스가 분사되도록 하여 상기 두 가스의 반응영역을 일치하도록 한 것이다. 상기에서 가스 노즐은 석영이나, 열에 강한 SUS이나, 세라믹 등의 재질로 할 수 있다.The first gas nozzle 101 which injects the dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas into the reaction tube A and the second gas which injects the ammonia (NH 3 ) gas into the reaction tube A. The nozzles 103 pass through the cooling flanges 20 located at the bottom of the reaction tube A, respectively. The first gas nozzle 101 and the second gas nozzle 103 which respectively pass through the cooling flange 20 are connected to each other inside the cooling flange 20 to coincide with the injection holes 105 of the two gas nozzles as one. do. That is, in the first embodiment of the present invention, a gas injection nozzle structure is formed such that the first gas nozzle 101 and the second gas nozzle 103 are connected to each other to form one injection hole inside the cooling flange 20. In this case, two gases are injected through a single injection hole when the gas is sprayed to form a nitride film, so that the reaction regions of the two gases coincide. The gas nozzle may be made of quartz, heat resistant SUS, ceramic, or the like.

다음으로, 도 5를 통해 본 발명의 제2실시예에 따른 가스 분사 노즐의 구조를 설명한다.Next, the structure of the gas injection nozzle according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5.

상기 이염화 실란(SiH2Cl2) 가스를 반응관(A) 내부로 분사하는 제1가스 노즐(107)과 상기 암모니아(NH3) 가스를 상기 반응관(A) 내부로 분사하는 제2가스 노즐(109)은 상기 반응관(A) 외부에서 서로 연결되어 형성된 하나의 관이 상기 반응관(A) 하단에 위치한 냉각 프랜지(20)를 관통하도록 형성한다. 상기 관의 단부에는 분사구(105)가 형성된다. 그래서, 상기 냉각 프랜지(20)를 관통한 하나의 관인 분사구(105)를 통해 상기 질화막 생성을 위한 가스 분사시 두 가스가 동시에 분사되도록 하여 상기 두 가스의 반응영역을 일치하도록 한 것이다. 여기서도, 상기 가스 노즐은 석영이나, 열에 강한 SUS이나, 세라믹 등의 재질로 할 수 있다.A first gas nozzle 107 for injecting the dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas into the reaction tube (A) and a second gas for injecting the ammonia (NH 3 ) gas into the reaction tube (A) The nozzle 109 is formed such that one tube formed by being connected to each other outside the reaction tube A passes through the cooling flange 20 located at the bottom of the reaction tube A. The injection port 105 is formed at the end of the tube. Thus, two gases are simultaneously injected during the gas injection for forming the nitride film through the injection hole 105 which is one tube passing through the cooling flange 20 so that the reaction regions of the two gases coincide. Here, the gas nozzle may be made of quartz, heat resistant SUS, ceramic, or the like.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.On the other hand, the detailed description of the present invention has been described with reference to specific embodiments, of course, various modifications are possible without departing from the scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.

상술한 바와 같이 본 발명은 질화막 생성을 위해 반응 소오스 가스를 분사하는 제1가스 노즐과 제2가스 노즐의 분사구를 일치시켜 동일한 분사구를 통해 반응할 두 가스를 동시에 분사하여 반응영역을 일치하도록 함으로써 반도체 제조 설비에서 질화막을 생성하는 공정 진행시 미반응 잔류 가스로 인한 파우더의 발생을 최소화할 수 있는 이점이 있다.As described above, according to the present invention, the first gas nozzle and the second gas nozzle for injecting the reaction source gas are matched to form the nitride film, thereby simultaneously injecting two gases to react through the same nozzle to match the reaction region. There is an advantage in minimizing the generation of powder due to the unreacted residual gas during the process of producing a nitride film in the manufacturing facility.

Claims (3)

반도체 제조 설비의 반응관 하단 부위에 설치되는 질화막 생성용 가스분사 노즐 구조에 있어서,In the gas injection nozzle structure for forming a nitride film provided in the lower portion of the reaction tube of the semiconductor manufacturing equipment, 상기 질화막 생성 반응을 위한 제1소오스 가스를 분사하는 제1가스 노즐과 제2소오스 가스를 분사하는 제2가스 노즐의 분사구를 일치시켜 동일한 분사구를 통해 상기 제1소오스 가스와 제2소오스 가스가 상기 반응관으로 분사됨을 특징으로 하는 구조.The first source gas and the second source gas pass through the same injection hole by matching the injection holes of the first gas nozzle for injecting the first source gas for the nitride film formation reaction and the second gas nozzle for injecting the second source gas. The structure characterized in that the injection into the reaction tube. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1가스 노즐 및 제2가스 노즐은 상기 반응관 하단에 위치한 냉각 프랜지를 각각 관통하되, 상기 반응관 내부에서 상기 제1가스 노즐과 상기 제2가스 노즐을 연결하여 하나의 분사구를 이루도록 형성됨을 특징으로 하는 구조.The first gas nozzle and the second gas nozzle pass through the cooling flange located at the bottom of the reaction tube, respectively, and is formed to form one injection hole by connecting the first gas nozzle and the second gas nozzle inside the reaction tube. Structure characterized. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1가스 노즐과 상기 제2가스 노즐은 상기 반응관 외부에서 서로 연결하여 하나의 관을 형성하도록 하며, 상기 하나의 관이 상기 반응관 하단에 위치한 냉각 프랜지(20)에 관통되도록 형성하고, 상기 관의 단부에 분사구를 형성함을 특징으로 하는 구조.The first gas nozzle and the second gas nozzle is connected to each other from the outside of the reaction tube to form a tube, the one tube is formed so as to penetrate through the cooling flange 20 located at the bottom of the reaction tube, And forming an injection hole at an end of the tube.
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