JP2024073388A - エピタキシャル成長装置及びそれに使用されるガス供給調節モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】エピタキシャル成長装置及びそれに使用されるガス供給調節モジュールを提供する。【解決手段】エピタキシャル成長装置は反応チャンバ；前記反応チャンバに位置し、ウエハが安着するサセプタ；及び前記反応チャンバ内に流入されるガスの流動を調節するガス供給調節モジュールを含み、前記ガス供給調節モジュールは、前記ウエハの中央領域に対応するセンターポート(211)と、前記ウエハの両側の縁部領域に対応する一対のエッジポート(213)と、前記センターポート(211)と前記一対のエッジポート(213)の間にそれぞれ配置される一対のミドルポート(215)とを備えるインジェクタ(210)；及びソースモジュールから入力されたガスの流量を前記ポート(211,213,215)に対して独立的に配分するように構成される流量配分ユニット(230)を含む。【選択図】図３

Description

本発明は、エピタキシャル成長装置の技術分野に関し、特にエピタキシャル成長装置及びそれに使用されるガス供給調節モジュールに関する。

一般的に、エピタキシャル成長（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｇｒｏｗｔｈ）は、シード（Ｓｅｅｄ）ウエハに対して格子方向を維持しながら単結晶成長方式で新しい層を積み重ねることである。エピタキシャル成長のためにはウエハにガスを作用させる成長装置が必要である。

エピタキシャル成長装置のガス供給系統は、ガスタンクからチャンバ内にガスが注入される手順に従って、インジェクタ（Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）、バッフル（Ｂａｆｆｌｅ）、インサート（Ｉｎｓｅｒｔ）、及びライナー（Ｌｉｎｅr）から構成される。

ガス供給において重要な事項はチャンバ内に均一なガス分布を形成することである。これにより、大面積基板（６インチ以上のサイズを有する基板）において均一なエピタキシャル層の厚さを実現することができる。エピタキシャル層の均一度は１％以下であることが好ましい。エピタキシャル成長速度も分当たり１０μｍ以上であることが好ましい。

しかしながら、従来のガス供給系統は、基板の中心部と縁部においてガス分布が均一ではない。これにより、成長されたエピ層の厚さの不均一度が５％以上に悪化する結果を示す。

本発明の一目的は、大面積基板において均一なエピタキシャル層を速いスピードで成長させるために基板の全体領域において均一なガス分布を形成できる、ガス注入装置を提供することである。

前記課題を実現するための本発明の一側面によるエピタキシャル成長装置は、反応チャンバ；前記反応チャンバ内に位置し、ウエハが安着するように形成されるサセプタ；及び前記反応チャンバ内に流入されるガスの流動を調節するように形成されるガス供給調節モジュール；を含み、前記ガス供給調節モジュールは、前記ウエハの中央領域に対応するセンターポートと、前記ウエハの両側縁部領域に対応する一対のエッジポートと、前記センターポートと前記一対のエッジポートの間にそれぞれ配置される一対のミドルポートとを備えるインジェクタ；ソースモジュールからガスが入力される単一流入ラインと、前記単一流入ラインから分岐して前記センターポート、前記エッジポート及び前記ミドルポートのポートのそれぞれに連結される５つの分岐ラインと、前記ポートのそれぞれに連結された流量制御器（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）とを備えて、前記ガスを前記ポートに対して独立的に配分するように形成される流量配分ユニット；及び前記ポートを介して入力されたガスが通過する通過ホールを備えるバッフルを含み、前記通過ホールは、前記センターポートに対応する第１通過ホールと、前記ミドルポートに対応する第２通過ホールと、前記エッジポートに対応する第３通過ホールとを備え、前記第１通過ホール、前記第２通過ホール及び前記第３通過ホールは、互いに異なる形態を有してもよい。

ここで、前記流量配分ユニットは、前記一対のエッジポートと前記一対のミドルポートでの流量が前記センターポートを基準に互いに対称的になるように配分してもよい。

ここで、前記第１通過ホールの入力端は、前記第２通過ホールの入力端より小さい断面積を有し、前記第１通過ホールの出力端は、前記第２通過ホールの出力端より大きい断面積を有してもよい。

ここで、前記第３通過ホールの入力端は、前記第２通過ホールの入力端より小さい断面積を有し、前記第３通過ホールの出力端は、前記第２通過ホールの出力端より小さい断面積を有してもよい。

ここで、前記第１通過ホールは、その入力端から出力端まで同一のサイズの断面積を有してもよい。

ここで、前記第２通過ホール及び前記第３通過ホールは、それぞれの入力端から出力端にいくほど小さくなる断面積を有してもよい。

本発明の他の一側面によるエピタキシャル成長装置用の供給調節モジュールは、エピタキシャル成長装置の反応チャンバ内に投入されるガスの流動を調節するガス供給調節モジュールであって、前記反応チャンバ内に配置されるウエハの中央領域に対応するセンターポートと、前記ウエハの両側の縁部領域に対応する一対のエッジポートと、前記センターポートと前記一対のエッジポートの間にそれぞれ配置される一対のミドルポートを備えるインジェクタ；前記ガスを生成するソースモジュールからガスがを入力される単一流入ラインと、前記単一流入ラインから分岐して前記センターポート、前記エッジポート及び前記ミドルポートのポートのそれぞれに連結される５つの分岐ラインと、前記ポートのそれぞれに連結された流量制御器（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）とを備えて、前記ガスを前記ポートに対して独立的に配分するように構成される流量配分ユニット；及び前記ポートを介して入力されたガスが通過する通過ホールを備えるバッフルを含み、前記通過ホールは、前記センターポートに対応する第１通過ホールと、前記ミドルポートに対応する第２通過ホールと、前記エッジポートに対応する第３通過ホールとを備え、前記第１通過ホール、前記第２通過ホール及び前記第３通過ホールは、互いに異なる形態を有してもよい。

ここで、前記第１通過ホールの入力端は、前記第２通過ホールの入力端より小さい断面積を有し、前記第１通過ホールの出力端は、前記第２通過ホールの出力端より大きい断面積を有してもよい。

ここで、前記第３通過ホールの入力端は、前記第２通過ホールの入力端より小さい断面積を有し、前記第３通過ホールの出力端は、前記第２通過ホールの出力端より小さい断面積を有してもよい。

本発明のまた他の一側面によるエピタキシャル成長装置は、反応チャンバ；前記反応チャンバ内に位置し、ウエハが安着するように形成されるサセプタ；及び前記反応チャンバ内に流入されるガスの流動を調節するように形成されるガス供給調節モジュール；を含み、前記ガス供給調節モジュールは、前記ウエハの中央領域に対応するセンターポートと、前記ウエハの両側の縁部領域に対応する一対のエッジポートと、前記センターポートと前記一対のエッジポートの間にそれぞれ配置される一対のミドルポートとを備えるインジェクタ；及びソースモジュールから入力されたガスの流量を前記ポートに対して独立的に配分するように構成される流量配分ユニット；を含んでもよい。

ここで、前記流量配分ユニットは、前記ポートのそれぞれに連結された流量制御器（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を備えて、前記一対のエッジポートと前記一対のミドルポートにおいての流量が前記センターポートを基準に互いに対称的になるように配分してもよい。

ここで、前記ガス供給調節モジュールは、前記ポートを介して入力されたガスが通過する通過ホールを備えるバッフルをさらに含み、前記通過ホールは、前記センターポートに対応する第１通過ホールと、前記ミドルポートに対応する第２通過ホールと、前記エッジポートに対応する第３通過ホールとを備え、前記第１通過ホール、前記第２通過ホール及び前記第３通過ホールは、互いに異なる形態を有してもよい。

前記のように構成される本発明によるエピタキシャル成長装置及びそれに使用されるガス供給調節モジュールによれば、反応チャンバ内のサセプタに安着したウエハに対してガスを供給するガス供給調節モジュールは、センターポートとそれを基準に左右に配置される一対のエッジポート及びミドルポートを備えるインジェクタを介して各ポート別に独立的にガスの流量を配分するので、大面積基板の全体領域において均一なガス分布を形成してエピタキシャル層が速いスピードで均一に成長できるようにする。

本発明の一実施例によるエピタキシャル成長装置に対する概念図である。 図１のエピタキシャル成長装置の一部構成を示す斜視図である。 図２のインジェクタ関連の構成を示す横断面図である。 図２のバッフルとインジェクタに対する正面図である。 図４の第１通過ホールないし第３通過ホールの形状を示す断面図である。 図１のエピタキシャル成長装置により実現された均一なガスの流動の様子を示すイメージ図である。

以下、本発明の好ましい実施例によるエピタキシャル成長装置及びそれに使用されるガス供給調節モジュールについて添付の図面を参照して詳しく説明する。本明細書では、相異なる実施例であっても同一・類似した構成に対しては同一・類似した参照番号を付与し、その説明は最初の説明に代えられる。

図１は、本発明の一実施例によるエピタキシャル成長装置に対する概念図であり、図２は、図１のエピタキシャル成長装置の一部構成を示す斜視図である。

本図を参照すると、エピタキシャル成長装置１００は、反応チャンバ１１０、サセプタ１５０、ガス供給調節モジュール２００、及びソースモジュール３００を含む。

反応チャンバ１１０は、エピタキシャル反応が起こる反応空間を有する。反応空間は、図面上に簡単に四角ボックスで表示されているが、具体的には下部ハウジング（図示せず）と上部ハウジング（図示せず）が積層されたものである。上部ハウジングと下部ハウジングは石英ガラスのような透明な材質で形成されてもよい。反応空間の左側ではガス供給調節モジュール２００によりガス供給が行われ、反応空間の右側ではガスの排出が行われてもよい。

サセプタ１５０は反応空間に位置し、ウエハＷが定着する対象である。サセプタ１５０は、平らな円盤の形状を有してもよい。サセプタ１５０は、カーボングラファイト（Ｃａｒｂｏｎ ｇｒａｐｈｉｔｅ）またはカーボングラファイトに炭化ケイ素がコーティングされた材料で製作されてもよい。ウエハＷは６インチまたは８インチ以上のサイズを有するものであるため、大面積に分類される。

ガス供給調節モジュール２００は反応チャンバ１１０内にガスを提供し、該当ガスの流動を調節する構成である。ガス供給調節モジュール２００は、インジェクタ２１０、流量配分ユニット２３０、バッフル２５０、インサート２７０、及びライナー２９０を含んでもよい。

インジェクタ２１０は、ソースモジュール３００から入力されたガスを反応チャンバ１１０に向かう方向に吐出する構成を有する。インジェクタ２１０は、ウエハＷの領域に応じてガス量を異なるように吐出するように形成されてもよい。そのための具体的な構成は、図３を参照して説明する。

流量配分ユニット２３０は、インジェクタ２１０に入力されるガス流量をインジェクタ２１０の領域別に配分する構成を有する。前記領域別のガス流量は異なってもよい。これも図３を参照して具体的に説明する。

バッフル２５０はインジェクタ２１０を介して入力されたガスが通過する通過ホール２５１、２５３、２５５を備える構成を有する。通過ホール２５１、２５３、２５５の形状はインジェクタ２１０の領域別にそれぞれ異なるように形成されてもよい。これは、図４及び図５においてより具体的に説明する。

インサート２７０は、バッフル２５０とライナー２９０の間に配置され、バッフル２５０を通過したガスをライナー２９０に案内する構成を有する。インサート２７０はガスを通過させる複数の区域を有してもよい。

ライナー２９０は、サセプタ１５０を囲んでガスがウエハＷで流動するよう誘導する構成を有する。そのために、ライナー２９０は概ねリング状を有してもよい。ライナー２９０の一側にはウエハＷに向かってガスを吐出する部分が、そして、他側にはウエハＷから離れたガスを排出する部分が形成されてもよい。

ソースモジュール３００は、反応チャンバ１１０に供給されなければならないガスを保存するガスタンクであってもよく、それと連結された中間分配器であってもよい。

以下で、インジェクタ２１０及び流量配分ユニット２３０については図３を参照して説明する。図３は、図２のインジェクタ関連の構成を示す横断面図である。

本図を追加で参照すると、インジェクタ２１０は、ガスが流動する領域として、センターポート２１１、エッジポート２１３、及びミドルポート２１５を有する。

センターポート２１１はウエハＷの中央領域に対応して位置する。エッジポート２１３はウエハＷの両側の縁部領域に対応して一対で備えられてもよい。ミドルポート２１５は、センターポート２１１とエッジポート２１３の間に配置されてもよい。ミドルポート２１５もセンターポート２１１を基準に左右両側に配置される一対で備えられてもよい。センターポート２１１の中心を通る仮想の線Ｌに対して、センターポート２１１の左右部分、一対のエッジポート２１３及び一対のミドルポート２１５は、互いに対称的であってもよい。ポート２１１、２１３、２１５は互いに同一の体積を有してもよい。具体的に、ポート２１１、２１３、２１５は互いに同一の幅、深さ、及び高さを有してもよい。

流量配分ユニット２３０は流入ライン２３１と分岐ライン２３５を有する。流入ライン２３１はソースモジュール３００に連通してガスが入力されるラインである。それに対して、分岐ライン２３５は１つの（単一）流入ライン２３１から分岐して、各ポート２１１、２１３、２１５に連結される。従って、分岐ライン２３５は５つが備えられてもよい。

流量配分ユニット２３０は、ポート２１１、２１３、２１５のそれぞれに連結された流量制御器（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、図示せず）を有する。流量制御器は５つが備えられて、各分岐ライン２３５に設置される。流量制御器のそれぞれに対する設定により、各ポート２１１、２１３、２１５に対するガスの投入量が独立的に配分されることができる。例えば、センターポート２１１に対するガスの投入量を最も低くし、一対のエッジポート２１３に対するガスの投入量を最も高くすることができる。一対のミドルポート２１５に対するガスの投入量はそれらの中間水準であってもよい。流量配分ユニット２３０はまた、一対のエッジポート２１３と一対のミドルポート２１５での投入量がセンターポート２１１を基準として互いに対称するようにガスを配分してもよい。

次に、インジェクタ２１０を介して５つの領域に区分されて流動するガスを反応チャンバ１１０側に向かって通過させるバッフル２５０について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、図２のバッフルとインジェクタに対する正面図であり、図５は、図４の第１通過ホールないし第３通過ホールの形状を示す断面図である。

本図を参照すると、各ポート２１１、２１３、２１５を介してバッフル２５０に入力されるガスは通過ホール２５１、２５３、２５５を通過する。

通過ホール２５１、２５３、２５５は、第１通過ホール２５１、第２通過ホール２５３、及び第３通過ホール２５５を有する。

第１通過ホール２５１は、センターポート２１１に対応して形成される。第２通過ホール２５３はミドルポート２１５に対応して形成される。第３通過ホール２５５はエッジポート２１３に対応して形成される。

第１通過ホール２５１ないし第３通過ホール２５５は相異なる形態を有してもよい。具体的に、第１通過ホール２５１は、入力端２５１ａから出力端２５１ｂまで同一の断面を有するシリンダー形状の断面を有するに対して、第２通過ホール２５３及び第３通過ホール２５５はコーン（ｃｏｎｅ）形状の断面を有してもよい。第２通過ホール２５３と第３通過ホール２５５の断面はインジェクタ２１０からインサート２７０方向に行くほどサイズが小さくなるように形成される。

第１通過ホール２５１と第２通過ホール２５３を対比すると、第１通過ホール２５１の入力端２５１ａは、第２通過ホール２５３の入力端２５３ａより小さい断面積を有してもよい。それに対して、第１通過ホール２５１の出力端２５１ｂは、第２通過ホール２５３の出力端２５３ｂより大きい断面積を有してもよい。このような構成は第２通過ホール２５３を通過するガスの速度を第１通過ホール２５１を通過するガスの速度より高くすることができる。

第３通過ホール２５５の入力端２５５ａは、第２通過ホール２５３の入力端２５３ａより小さいか同一の断面積を有するが、出力端２５５ｂは第２通過ホール２５３の出力端２５３ｂより小さい断面積を有してもよい。このような構成は第３通過ホール２５５を通過するガスの速度を第２通過ホール２５３を通過するガスの速度より高くすることができる。

以上の構成による反応チャンバ１１０内でのガスの流れは図６のようである。図６は、図１のエピタキシャル成長装置により実現された均一なガスの流動の様子を示すイメージ図である。

本図を追加して参照すると、コンピュータシミュレーションにおいてウエハＷに対するガスの流れはウエハＷの全領域で均一であることが分かる。具体的に、ウエハＷの中心領域、縁部領域、及びそれらの間の領域においてガスの流れが均一になる。

このような効果は、大面積ウエハＷに対するガス供給時に、そのウエハＷに対応してインジェクタ２１０からポート２１１、２１３、２１５を５つに分けてガスを互いに異なるように注入する点、そしてバッフル２５０においてガスの通過流量をポート２１１、２１３、２１５に異なるように制御する点などによって達成される。また、ガスの流れをウエハＷの表面に集中させることにより、ウエハＷに作用するガスの濃度が最大になることができる。

以上のガス流量配分は、ウエハＷの中心領域から縁部領域に行くほどガスの量が微細に減り、また、ガスの速度も低下する問題を解消できるようにする。これは、特に、８インチ以上の基板においてガス分布の均一化のために重要である。

また、通過ホール２５１、２５３、２５５の形態に応じて、ガスの速度は１００ないし２５０ｃｍ／ｓｅｃに維持することができる。これは大面積ウエハＷ上において均一なガスの流れを得られるようにする。

前記のようなエピタキシャル成長装置及びそれに使用されるガス供給調節モジュールは、前述の実施例の構成と作動方式に限定されるものではない。前記実施例は各実施例の全部又は一部が選択的に組み合わされて多様な変形が行われるように構成されることもできる。

１００ エピタキシャル成長装置
１１０ 反応チャンバ
１５０ サセプタ
２００ ガス供給調節モジュール
２１０ インジェクタ
２３０ 流量配分ユニット
２５０ バッフル
２７０ インサート
２９０ ライナー

Claims (12)

1. 反応チャンバ；
   前記反応チャンバ内に位置し、ウエハが安着するように形成されるサセプタ；及び
   前記反応チャンバ内に流入されるガスの流動を調節するように形成されるガス供給調節モジュール；
   を含み、
   前記ガス供給調節モジュールは、
   前記ウエハの中央領域に対応するセンターポートと、前記ウエハの両側の縁部領域に対応する一対のエッジポートと、前記センターポートと前記一対のエッジポートの間にそれぞれ配置される一対のミドルポートとを備えるインジェクタ；
   ソースモジュールからガスが入力される単一流入ラインと、前記単一流入ラインから分岐されて前記センターポート、前記エッジポート及び前記ミドルポートのポートのそれぞれに連結される５つの分岐ラインと、前記ポートのそれぞれに連結された流量制御器（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）とを備えて、前記ガスを前記ポートに対して独立的に配分するように形成される流量配分ユニット；及び
   前記ポートを介して入力されたガスが通過する通過ホールを備えるバッフル；
   を含み、
   前記通過ホールは、
   前記センターポートに対応する第１通過ホールと、前記ミドルポートに対応する第２通過ホールと、前記エッジポートに対応する第３通過ホールとを備え、
   前記第１通過ホール、前記第２通過ホール及び前記第３通過ホールは、
   互いに異なる形態を有する、
   エピタキシャル成長装置。
2. 前記流量配分ユニットは、
   前記一対のエッジポートと前記一対のミドルポートにおいての流量が前記センターポートを基準に互いに対称的になるように配分する、請求項１に記載のエピタキシャル成長装置。
3. 前記第１通過ホールの入力端は、
   前記第２通過ホールの入力端より小さい断面積を有し、
   前記第１通過ホールの出力端は、
   前記第２通過ホールの出力端より大きい断面積を有する、請求項１に記載のエピタキシャル成長装置。
4. 前記第３通過ホールの入力端は、
   前記第２通過ホールの入力端より小さい断面積を有し、
   前記第３通過ホールの出力端は、
   前記第２通過ホールの出力端より小さい断面積を有する、請求項１に記載のエピタキシャル成長装置。
5. 前記第１通過ホールは、
   その入力端から出力端まで同一のサイズの断面積を有する、請求項１に記載のエピタキシャル成長装置。
6. 前記第２通過ホール及び前記第３通過ホールは、
   それぞれの入力端から出力端にいくほど小さくなる断面積を有する、請求項１に記載のエピタキシャル成長装置。
7. エピタキシャル成長装置の反応チャンバ内に投入されるガスの流動を調節するガス供給調節モジュールであって、
   前記反応チャンバ内に配置されるウエハの中央領域に対応するセンターポートと、前記ウエハの両側の縁部領域に対応する一対のエッジポートと、前記センターポートと前記一対のエッジポートの間にそれぞれ配置される一対のミドルポートとを備えるインジェクタ；
   前記ガスを生成するソースモジュールからガスが入力される単一流入ラインと、前記単一流入ラインから分岐されて前記センターポート、前記エッジポート及び前記ミドルポートのポートのそれぞれに連結される５つの分岐ラインと、前記ポートのそれぞれに連結された流量制御器（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）とを備えて、前記ガスを前記ポートに対して独立的に配分するように構成される流量配分ユニット；及び
   前記ポートを介して入力されたガスが通過する通過ホールを備えるバッフル；
   を含み、
   前記通過ホールは、
   前記センターポートに対応する第１通過ホールと、前記ミドルポートに対応する第２通過ホールと、前記エッジポートに対応する第３通過ホールとを備え、
   前記第１通過ホール、前記第２通過ホール及び前記第３通過ホールは、
   互いに異なる形態を有する、
   エピタキシャル成長装置用ガス供給調節モジュール。
8. 前記第１通過ホールの入力端は、
   前記第２通過ホールの入力端より小さい断面積を有し、
   前記第１通過ホールの出力端は、
   前記第２通過ホールの出力端より大きい断面積を有する、請求項７に記載のエピタキシャル成長装置用ガス供給調節モジュール。
9. 前記第３通過ホールの入力端は、
   前記第２通過ホールの入力端より小さい断面積を有し、
   前記第３通過ホールの出力端は、
   前記第２通過ホールの出力端より小さい断面積を有する、請求項７に記載のエピタキシャル成長装置用ガス供給調節モジュール。
10. 反応チャンバ；
    前記反応チャンバ内に位置し、ウエハが安着するように形成されるサセプタ；及び
    前記反応チャンバ内に流入されるガスの流動を調節するように形成されるガス供給調節モジュール；
    を含み、
    前記ガス供給調節モジュールは、
    前記ウエハの中央領域に対応するセンターポートと、前記ウエハの両側の縁部領域に対応する一対のエッジポートと、前記センターポートと前記一対のエッジポートの間にそれぞれ配置される一対のミドルポートとを備えるインジェクタ；及び
    ソースモジュールから入力されたガスの流量を前記センターポート、前記エッジポート及び前記ミドルポートのポートに対して独立的に配分するように構成される流量配分ユニット；
    を含む、
    エピタキシャル成長装置。
11. 前記流量配分ユニットは、
    前記ポートのそれぞれに連結された流量制御器（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を備えて、前記一対のエッジポートと前記一対のミドルポートでの流量が前記センターポートを基準に互いに対称的になるように配分する、請求項１０に記載のエピタキシャル成長装置。
12. 前記ガス供給調節モジュールは、
    前記ポートを介して入力されたガスが通過する通過ホールを備えるバッフルをさらに含み、
    前記通過ホールは、
    前記センターポートに対応する第１通過ホールと、前記ミドルポートに対応する第２通過ホールと、前記エッジポートに対応する第３通過ホールとを備え、
    前記第１通過ホール、前記第２通過ホール及び前記第３通過ホールは、
    互いに異なる形態を有する、請求項１０に記載のエピタキシャル成長装置。