KR20050000151A - 반도체 소자의 제조를 위한 종형 확산 장치 - Google Patents

반도체 소자의 제조를 위한 종형 확산 장치 Download PDF

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조성호
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Abstract

반도체 소자의 제조를 위한 종형 확산 장치를 제공한다. 이 장치는 외부 튜브, 상기 외부 튜브 내에 배치되는 내부 튜브 및 상기 내부 튜브와 외부 튜브 사이에 배치되는 냉각 가스 공급 장치를 구비한다. 이에 따라, 상기 외부 튜브와 내부 튜브 사이의 공간 및 상기 외부 튜브를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.

Description

반도체 소자의 제조를 위한 종형 확산 장치{Vertical-Type Diffusion Apparatus For Fabricating Semiconductor Device}
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로서, 특히 반도체 소자의 제조를 위한 종형 확산 장치에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조를 위한 확산 장치는 통상적으로 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; 이하 'CVD'라 칭함) 공정을 위해 사용된다. 상기 CVD 공정은 소정의 온도 및 압력으로 조절된 확산 장치의 내부로 가스 상태의 화학 물질들을 주입하는 단계를 포함한다. 이러한 확산 장치의 온도 및 압력 조건을 조절하기 위해, 상기 확산 장치는 소정의 가열 수단 및 진공 펌프를 구비한다.
도 1은 종래 기술에 따른 종형 확산 장치를 사용하는 화학기상증착 장치를 개략적으로 나타내는 장치도이다.
도 1을 참조하면, 종형 확산 장치를 사용하는 CVD 장치는 일반적으로 내부 튜브(10) 및 상기 내부 튜브(10)를 둘러싸는 외부 튜브(20)로 구성되는 이중 구조이다. 상술한 것처럼, 상기 확산 장치의 온도를 조절하기 위해, 상기 확산 장치는 상기 외부 튜브(20)를 감싸는 히터(30)를 구비한다. 이에 더하여, 상기 확산 장치는 상기 내부 튜브(10)의 내부로 공정 가스를 공급하기 위한 소오스 가스 공급 장치를 구비한다. 상기 소오스 가스 공급 장치는 상기 외부 튜브(20)의 외부로 연장된 소오스 가스 주입 라인(40) 및 소오스 가스 공급 노즐부(45)를 구비한다. 상기 소오스 가스 주입 라인(40)을 통해 공급된 소오스 가스는 상기 내부 튜브(10) 내에 로딩된 반도체기판의 표면에 소정의 물질막을 증착한 후, 상기 내부 튜브(10) 내부의 공간과 연결된 배기 라인을 통해 배기된다.
상기 물질막을 증착한 후, 상기 확산 장치의 내부 온도를 내리는 감온(ramp down) 단계가 실시된다. 종래 기술에 따르면, 이러한 감온 단계를 위해 상기 소오스 가스 주입 라인(40)으로 저온의 질소 가스가 공급된다. 이렇게 공급되는 질소가스는 상기 배기 라인을 통해 배기되면서, 상기 내부 튜브(10) 내의 온도를 내린다.
한편, 상기 히터(30)는 상기 외부 튜브(20)의 둘레에 배치되어, 상기 외부 튜브(20), 상기 내부 튜브(10), 상기 내부 튜브(10)의 내부 공간 및 상기 외부 튜브(20)와 내부 튜브(10) 사이의 공간을 가열한다. 상술한 종래 기술의 냉각 방법에 따르면, 상기 내부 튜브(10) 및 상기 내부 튜브(10)의 내부 공간은 용이하게 냉각될 수 있다. 하지만, 상기 외부 튜브(20) 및 상기 외부 튜브(20)와 상기 내부 튜브(10) 사이의 공간을 냉각하기 위한 냉각 장치가 없기 때문에, 이를 냉각하는데 소요되는 시간이 길어진다. 상기 냉각 시간과 반도체 제조 장치의 생산성은 반비례하는 관계이므로, 상기 냉각 시간을 줄이는 것이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 냉각 시간을 줄일 수 있는 확산 장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 종형 확산 장치를 개략적으로 나타내는 장치도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 종형 확산 장치를 개략적으로 나타내는 장치단면도 및 평면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 종형 확산 장치를 개략적으로 나타내는 장치단면도 및 평면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 내부 튜브(inner tube) 20 : 외부 튜브(outer tube)
30 : 히터(heater) 40 : 소오스 가스 공급 라인
50 : 냉각 가스 공급 라인 57 : 노즐(nozzle)
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 내부 튜브와 외부 튜브 사이의 공간을 냉각시킬 수 있는 냉각 장치를 제공한다. 이 장치는 외부 튜브, 상기 외부 튜브 내에 배치되는 내부 튜브 및 상기 내부 튜브와 외부 튜브 사이에 배치되는 냉각 가스 공급 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각 가스 공급 장치는 환형 가스 공급 라인을 구비한다. 상기 환형 가스 공급 라인은 상기 내부 튜브의 상부 외벽을 감싸도록 배치되거나, 상기 외부 튜브의 상부 내벽에 배치된다. 이때, 상기 환형 가스 공급 라인은 냉각 가스를 분사하기 위한 적어도 한개의 노즐을 구비한다.
상기 냉각 가스 공급 장치는 상기 외부 튜브와 상기 내부 튜브 사이의 공간을 효과적으로 냉각시키기 위해, 질소, 아르곤 및 일반 공기를 포함하는 냉각 가스 공급 라인에 연결된다. 또한, 상기 외부 튜브는 실리콘 카바이드 또는 석영으로 이루어지고, 상기 내부 튜브는 석영으로 이루어진다.
바람직하게는, 상기 냉각 가스 공급 장치는 상기 내부 튜브와 일체형으로 제작된다. 이에 더하여, 상기 외부 튜브의 측벽에는 상기 내부 튜브에 소오스 가스를 공급하기 위한 소오스 가스 공급 라인 및 상기 소오스 가스를 배기하기 위한 소오스 가스 배기 라인이 배치된다. 또한, 상기 외부 튜브의 측벽에는 상기 냉각 가스 공급 장치를 통해 공급된 냉각 가스를 배출하기 위한 냉각 가스 배기 라인이 배치될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 종형 확산 장치를 개략적으로 나타내는 장치단면도 및 평면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 종형 확산 장치는 내부 튜브(10) 및 외부 튜브(20)를 구비한다. 상기 내부 튜브(10)는 상기 외부 튜브(20)의 내부에 배치되고, 그 내부에는 복수개의 반도체기판들이 배치된다. 상기 외부 튜브(20)의 외부에는 상기 확산 장치의 온도를 올리기 위한 히터(30)가 배치된다. 상기 내부 튜브(10)는 석영(quartz)로 이루어지고, 상기 외부 튜브(20)는 석영 또는 실리콘 카바이드(SiC) 중의 한가지로 이루어질 수 있다. 이에 더하여, 상기 확산 장치는 상기 내부 튜브(10)의 내부로 공정 가스를 공급하기 위한 소오스 가스 공급 장치를 구비한다. 상기 소오스 가스 공급 장치는 상기 외부 튜브(20)의 외부로 연장된 소오스 가스 주입 라인(40) 및 소오스 가스 공급 노즐부(45)를 구비한다. 상기 소오스 가스 주입 라인(40)을 통해 공급된 소오스 가스는 상기 반도체기판의 표면에 소정의 물질막을 증착한 후, 상기 내부 튜브(10) 내부의 공간과 연결된 배기 라인을 통해 배기된다.
본 발명에 따르면, 상기 내부 튜브(10)와 상기 외부 튜브(20) 사이에는 냉각 가스 공급 장치가 부착된다. 상기 냉각 가스 공급 장치는 상기 내부 튜브(10)의 외벽에 부착되며, 바람직하게는 상기 외부 튜브(20)의 외부로 연장되는 냉각 가스 공급 라인(50) 및 환형 냉각 가스 라인(circular cooling gas line, 55)로 이루어진다. 상기 냉각 가스 공급 라인(55)은 상기 외부 튜브(20)의 외부에 배치된 냉각 가스 탱크에 연결된다. 상기 냉각 가스로는 질소(N2), 아르곤(Ar) 또는 공기(Air) 중의 한가지가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 저온의 질소 가스가 사용된다. 상기환형 냉각 가스 라인(55)에는 상기 냉각 가스를 분사하기 위한 복수개의 노즐들(nozzle, 57)이 형성된다. 상기 냉각 가스 공급 장치는 상기 내부 튜브(10)와 일체로 형성되는 것이 바람직하다.
종래 기술에서 설명한 것처럼, 상기 물질막을 증착한 후 실시되는 감온 단계는 상기 소오스 가스 공급 장치를 소정의 퍼지 가스 라인(purge gas line)에 연결하는 단계를 포함한다. 상기 퍼지 가스는 질소, 아르곤 및 헬륨 중에서 선택된 적어도 한가지 가스인 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면, 상기 감온 단계에서 상기 냉각 가스 공급 장치를 통해 상기 냉각 가스가 공급된다. 상기 냉각 가스는 상기 냉각 가스 공급 라인(50)을 통해 상기 환형 냉각 가스 라인(55)으로 공급된 후, 상기 노즐(57)을 통해 상기 내부 튜브(10)와 상기 외부 튜브(20) 사이의 공간으로 분사된다. 종래 기술에서는 자연적인 냉각 만이 이루어지던, 상기 외부 튜브(20) 및 상기 외부 튜브(20)와 상기 내부 튜브(10) 사이의 공간은 상기 냉각 가스에 의해 훨씬 빨리 냉각된다. 그 결과, 본 발명에 따른 확산 장치를 냉각하는데 소요되는 시간은 종래 기술에 따른 냉각 장치에 비해 줄어든다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 종형 확산 장치를 개략적으로 나타내는 장치단면도 및 평면도이다. 냉각 가스 공급 장치의 배치 방식을 제외하면, 이 실시예는 도 2 및 도 3을 통해 설명된 본 발명의 일 실시예와 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각 가스 공급 장치는 상기 외부 튜브(20)의 내벽에 부착되는 냉각 가스 공급 라인(50') 및 환형 냉각 가스 라인(55')을 구비한다. 본 발명에 따르면, 상기 냉각 가스 공급 라인(50')을 통해 공급된 냉각 가스를 회수하기 위한 추가적인 냉각 가스 배기 라인(58)이 배치될 수도 있다. 이를 위해, 상기 냉각 가스 공급 장치 및 상기 냉각 가스 배기 라인(58)을 제외한 상기 외부 튜브(20)와 상기 내부 튜브(10) 사이의 공간은, 도 4에 도시한 것처럼, 밀폐될 수 있다. 이에 따라, 상기 냉각 가스를 효율적으로 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 확산 장치는 외부 튜브와 내부 튜브 사이의 공간에 냉각 가스의 흐름을 형성할 수 있는 냉각 가스 공급 장치를 구비한다. 이에 따라, 외부 튜브 및 외부 튜브와 내부 튜브 사이의 공간을 효과적으로 냉각할 수 있다. 그 결과, 확산 장치의 생산성을 높일 수 있어, 반도체 장치의 제조 원가를 절감할 수 있다.

Claims (10)

  1. 외부 튜브;
    상기 외부 튜브 내에 배치되는 내부 튜브; 및
    상기 내부 튜브와 상기 외부 튜브 사이에 배치되는 냉각 가스 공급 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 종형 확산 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 가스 공급 장치는 상기 내부 튜브의 상부 외벽을 감싸는 환형 가스 공급 라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 종형 확산 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 가스 공급 장치는 상기 외부 튜브의 상부 내벽에 배치되는 환형 가스 공급 라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 종형 확산 장치.
  4. 제 2 항 및 제 3 항에 있어서,
    상기 환형 가스 공급 라인은 냉각 가스를 분사하기 위한 적어도 한 개의 노즐을 구비하는 것을 특징으로 하는 종형 확산 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 가스 공급 장치는 상기 외부 튜브와 상기 내부 튜브 사이의 공간을 효과적으로 냉각시키기 위해, 질소, 아르곤 및 일반 공기를 포함하는 냉각 가스 공급 라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 종형 확산 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 튜브는 실리콘 카바이드 또는 석영으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 종형 확산 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 튜브는 석영으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 종형 확산 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 가스 공급 장치는 상기 내부 튜브와 일체형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 종형 확산 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 튜브의 측벽에는 상기 내부 튜브에 소오스 가스를 공급하기 위한 소오스 가스 공급 라인 및 상기 소오스 가스를 배기하기 위한 소오스 가스 배기 라인이 배치되는 것을 특징으로 하는 종형 확산 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 튜브의 측벽에는 상기 냉각 가스 공급 장치를 통해 공급된 냉각 가스를 배출하기 위한 냉각 가스 배기 라인이 배치되는 것을 특징으로 하는 종형 확산 장치.
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