KR100190235B1 - 기상 에피택셜 성장 방법 - Google Patents
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Abstract
기상 에피택셜 성장 공정에 있어, 웨이퍼의 배측 보호피막상에 규소 노듈이 형성되는 것이 방지된다.
그 공정에 있어서는, 반응실내에 위치한 수납체에, 그 배측 주변부에 웨이퍼를 지지하기 위한 요부가 배설된다. 에피택셜 성장전에, 수납체와 접촉하게될 웨이퍼의 배측 주변부에 있는 보호피막을 미리 제거한다. 그위에, 에피택셜 성장 공정전에 요부의 표면상에 규소 코팅을 도포하는 것이 또한 효과적이다.
Description
제1도는 본 발명의 방법을 실시하기위한 에피택셜 성장 시스템의 반응실의 구조를 보여주는 약시 단면도.
제2도는 제1도에 있는 에피택셜 성장시스템의 수납체의 일부를 보여주는 평면도.
제3도는 본 발명의 방법에 사용된 수납체의 웨이퍼 지지부재의 예를 보여주는 단면도.
제4도는 본 발명의 방법에 사용된 수납체의 웨이퍼 지지부재의 다른 예를 보여주는 단면도.
제5도는 본 발명의 방법에 사용된 수납체의 웨이퍼 지지부재의 또다른 예를 보여주는 단면도.
제6도는 종래의 수납체의 웨이퍼 지지부재를 보여주는 단면도.
제7도는 종래 방법에 있어 규소 노듈이 성장한 상태를 보여주는 도면.
제8도는 제7도에 도시된 노듈을 포함하는 영역의 확대도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 밀봉용기 3 : 반응실
4, 25 : 수납체 5 : 요부
6, 21 : 웨이퍼 8 : 가열코일
9 : 노즐 12 : 코일덮개
15, 22 : 보호피막 16 : 규소코팅
24 :노듈
본 발명은 대체로 반도체장치를 제작하는데 사용되는 에피택셜 웨이퍼의 제조방법, 보다 상세하게는 에피택셜 성장 공정에 의해 반도체 피막을 웨이퍼의 표면상에 퇴적시킬때에 심각한 문제를 일으키는 규소의 비정상적 성장에 기인하는 노듈(마디) 또는 작은 침상 돌기의 형성을 방지하는 방법에 관한 것이다.
제6도는 통상적 에피택셜 성장 시스템에서 웨이퍼(21)를 수납체(susceptor)위에 지지하기 위한 부재를 개략적으로 보여준다. 에피택셜 성장 공정에 의해 반도체 피막을 웨이퍼(21)의 표면상에 퇴적 시킬 때에는, 제6도에 도시한 것처럼 보통 산화물 또는 질화물로 구성된 배측(후면측)보호피막(22)을 약 300nm의 두께로 웨이퍼(21)의 배측표면상에 형성시킨다. 그럼으로써, 웨이퍼에 함유된 도판트에 기인하는 불순물이 에피택셜 성장 공정중에 웨이퍼의 배면을 통해 반응실내로 확산해 들어가는 것이 방지된다. 배측 보호피막(22)은 웨이퍼(21)의 전체 배측표면에 걸쳐 형성시킨다. 대체로, 배측 보호피막을 얻기 위해서는, 먼저 확산로등의 안에서 웨이퍼의 상측 및 배측 표면에 산화물 또는 질화물의 보호피막을 형성시킨다. 그런다음, 에피택셜 성장을 위해 웨이퍼 표면중의 상측 표면위의 보호피막을 연마제거하고, 베벨면(빗각면)에서의 치핑을 방지하기 위해 보통 베벨표면(26)(즉 웨이퍼의 둥그렇게 경사진 주변부)의 보호피막(22)을 제거한다.
두꺼운 에피택셜 퇴적피막을 형성시킬 필요가 있을 때에는, 생산성을 고려하여 고 퇴적속도를 가진 SiHCl3를 원료로 사용한다. 이 종류의 원료가스는 에피택셜 성장중에 생성된 HCl 또는 Cl2로 웨이퍼를 에칭시킬 수 있다. 결과적으로, 웨이퍼중에 함유된 도판트에 기인하는 불순물이 반응실내로 확산하여 도판트가 에피택셜 퇴적 피막내에 포획되고 그리하여 에피택셜 퇴적피막은 오염된다(소위 오토 도프). 그리하여, 배측보호피막(22)의 기능은, 이 원료가스를 사용할때에는 대단히 중요하다.
그러나, 배측 보호피막(22)으로 피복된 웨이퍼(21)의 표면상에 에피택셜 성장 공정에 의해 반도체 피막을 퇴적 시킬 때에는, 규소의 노듈(24) 또는 침상 돌기가, 제6도 및 제7도에 도시된 것처럼 수납체(25)와 직접 접촉하는 보호피막(22)의 부분에 형성된다. 이 현상은 다음의 이유때문에 일어나는 것으로 생각된다. 제8도에 표시된것 처럼, 수납체(25)에 의해 지지되는 웨이퍼(21)의 주변부는 원료가스와 접촉하게 되므로, 원료가스가 배측 보호피막(22)의 입자들(23) 내의 불연속부분, 예컨대 공극에 침입하여, 규소는 비정상적으로 성장하여 침상돌기가 되는것 같다. 규소의 노듈(24)이 형성되면, 초점오차 또는 노듈(24)과의 접촉으로 인한 마스크의 손상과 같은 문제가 발생할 것이다. 노듈(24)의 형성은 퇴적된 규소피막이 두께가 증가함에 따라 현저해진다. 예컨대, 퇴적된 규소피막의 두께가 50㎛내지 100㎛이면, 노듈(24)의 길이는 50㎛ 내지 60㎛가 된다.
선행기술에서는, 노듈(24)을 기계적으로 연마했다. 그 결과 제조 비용이 증가했다. 그 위에 연마작업을 정확히 행하지 않으면, 웨이퍼는 손상되었다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 성립된 것으로, 본 발명의 목적은, 규소노듈이 웨이퍼의 배측보호피막상에 형성되는 것이 방지될 수 있는 기상 에피택셜성장(Vapor phase epitaxial growth)방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 제1방법이 제공된다. 구체적으로는, 기상 에피택셜 성장 공정에서는, 반응실내에 위치된 수납체에는, 그 배측 주변부에 처리할 물체를 지지하기 위한 요부를 배설한다. 배측 보호피막을 가진 웨이퍼를 준비한다. 요부와 접촉하게될 웨이퍼의 배측주변부로부터 보호피막을 제거한다. 배측 주변부의 보호피막이 제거된 웨이퍼를 수납체의 요부에 지지시키고, 에피택셜 성장 공정에 의해 반도체 피막을 퇴적시킨다.
발명의 목적을 달성하기 위한 제2방법이 제공된다. 구체적으로는, 기상 에피택셜 성장 공정에서는, 반응실내에 위치하는 수납체에는, 그 배측 주변부에 처리할 물체를 지지하기 위한 요부가 설치된다. 물체의 배측 주변부와 접촉하게 될 요부의 표면부분에 규소 코팅을 도포한다. 배측 보호피막을 가진 웨이퍼를 준비한다. 요부와 접촉 하게 될 웨이퍼의 배측 주변부로부터 보호피막을 제거한다. 배측 주변부로부터 보호피막이 제거된 웨이퍼를 수납체의 요부에 지지시키고, 에피택셜 성장공정에 의해 반도체 피막을 웨이퍼상에 형성시킨다.
제1방법에 의하면, 에피택셜 성장 공정에 있어, 수납체와 접촉하는 웨이퍼의 배측표면 부분에는 보호피막이 없는 상태에서 웨이퍼의 배측 표면상에 반도체 피막이 퇴적된다. 그리하여, 수납체와 접촉하는 웨이퍼의 특정 보호피막 부분에 있어 노듈형성이 효과적으로 방지 될 수 있다.
제2방법에 의하면 , 제1방법에 추가하여, 웨이퍼의 배측 주변부와 접촉하는 요부의 표면부분에 규소코팅이 도포된다. 그리하여, 수납체와 웨이퍼가 가열되면, 수납체의 표면에 도포된 규소코팅이 웨이퍼로 이동하여 웨이퍼의 배측 주변부를 덮어 규소피막이 형성된다. 결과적으로, 웨이퍼내에 함유된 도판트로 인한 불순물이 반응실내부로 확산하는 것이 방지된다.
특히 SiHCl3를 원료가스로 사용할때는 이 제2방법이 유리하다.
본 발명의 추가 목적 및 이점은 다음의 설명에서 밝혀질 것이며 부분적으로는 그 설명으로부터 자명할 것이며, 또는 본 발명의 실시에 의해 습득될 수 있을 것이다. 본 발명의 목적 및 이점은 특히 첨부된 특허청구의 범위에 지시된 수단 및 조합에 의해 실현되고 수득될 수 있을 것이다.
명세서에 포함되고 그 일부를 이루는 첨부도면은 발명의 현재의 바람직한 구체예를 예시하며, 상기한 전반적 설명 및 후술하는 바람직한 실시예의 상세한 설명과 더불어 발명의 원리를 설명하는 역할을 할 것이다.
이제, 본 발명의 한 구체예를 설명하겠다.
이제 본 발명의 방법을 실시하기 위한 에픽택셜 성장시스템의 반응실의 구조를 제1도 및 제2도를 참고하여 설명하겠다.
석영으로 제조된 밀봉용기 또는 벨 자아(2)가 저판(1)위에 장착되어 반응실(3)을 구성한다.
웨이퍼를 지지하기 위한 수납체(4)가 반응실(3)내에 배치된다. 복수개의 요부(5)가 제2도에 도시된 것처럼 수납체(4)의 상면부에 형성되어 있다. 웨이퍼(6)는 요부(5)내에 지지되어 있다. 수납체(4)는 그 중앙부에서 로드(7)에 의해 지지되어 있다. 회전구동기구(표시안됨)가 로드(7)를 회전시킴으로써 수납체(4)가 회전되게 한다. 고주파 가열코일(8)이 수납체(4)를 가열하기 위해 수납체(4)아래에 위치되어 있다. 석영유리제의 코일커버(12)가, 고주파 가열코일(8)을 전체적으로 덮기 위해 수납체(4)와 고주파 가열코일(8)사이에 배치되어 있다. 그렇게 함으로써, 고주파 가열코일(8)은 원료가스(10)로부터 격리된다.
노즐(9)이 수납체(4)와 로드(7)의 중앙부내로 삽입되어 배치된다.
캐리어 가스와 혼합되어 있는 에피택셜 퇴적용의 원료가스(10)는 노즐(9)을 통하여 반응실(3)내로 공급된다. 노즐(9)에는 원료가스(10)를 위한 복수개의 분출홀(11)이 있다. 그리하여, 원료가스(10)는 수평방향으로 분출된다(화살표로 표시됨). 반응실(3)내에 있어 원료가스(10)는 저판(1)에 형성된 배출포트(13)를 지나 배출통로(14)내로 인도된다.
에피택셜 성장 공정에서는, 수납체(4)를 회전시키고 고주파 가열코일(8)에 의해 가열시킨다. 웨이퍼(6)의 온도가 소정 수준에 도달한뒤, SiHCl3와 같은 원료가스(10)를 노즐(9)을 통해 반응실(3)내에 공급한다. 그렇게하여, 웨이퍼(6)의 표면에 규소의 에피택셜 성장 피막이 퇴적된다.
제3도는 본 발명 방법을 실시하기 위한 에피택셜 성장 시스템의 수납체의 구조 및 웨이퍼의 상태를 나타낸다.
제3도에 표시된 것처럼, 수납체(4)에 형성된 요부(5)는 단면상 2개의 단계 부분(5A 및 5B)을 갖고 있다. 단계부분(5A)은 웨이퍼(6)의 배측 주변부를 지지한다. 단계부분(5B)은 편평하고, 단계부분(5A)보다 더 깊고, 웨이퍼(6)의 배측 표면과 접촉하지 않는다. 산화물 또는 질화물로 구성된 배측 보호피막(15)은 보통 약 300nm의 두께로 웨이퍼 (6)의 배측표면상에 형성된다. 그럼으로써, 웨이퍼 (6)에 함유된 도판트에 기인하는 불순물은, 에피택셜 성장 공정중 웨이퍼(6)의 배측 표면을 통해 반응실(3)내로 확산하는 것이 방지된다.
본 발명의 방법에서는, 제3도에 도시된 것처럼, 배측 보호피막(15)이, 웨이퍼(6)의 배측 주변부, 즉 수납체(4)의 요부에 형성된 단계부분(5A)과 직접 접촉하는 웨이퍼의 배측 표면 부분으로부터 제거된다. 상세하게는, 제3도에 도시된 실시예에 있어, 약 2㎜폭범위의 배측 주변부로부터 배측 보호피막(15)을 기계적으로 연마제거한다.
상기와 같이 처리된 웨이퍼(6)를 사용하여, 에피택셜 성장공정에 의해 두께 10㎛의 규소피막을 퇴적시켰다. 이 경우, 선행기술에서와는 달리 규소 노듈(제7도)의 형성이 방지되었다.
제3도에 도시된 것처럼, 보호피막(15)이 형성되어 있는 웨이퍼(6)의 배측 표면의 면적은 선행기술에 비하여 L2-L1만큼 감소된다. 따라서, 반응실(3)내의 분위기에 노출되는 웨이퍼 (6)의 배측 주변부의 면적은 증가한다. 그렇기 때문에 웨이퍼내에 함유된 도판트에 기인하는 불순물이 증가된 노출영역의 부분으로부터 반응실(3)내로 확산될 우려가 있다. 그러나, 원료가스(10)가 증가된 노출영역부분에 도달하기 때문에, 웨이퍼의 상표면위의 에피택셜 성장피막 보다는 훨씬 작지만, 에피택셜 성장 규소피막이 증가된 노출영역부분상에 형성되어, 이 증가된 부분이 규소피막으로 완전히 피복된다. 그래서, 실제로는 상기 문제가 발생하지 않았다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 방법에 의하면, 웨이퍼의 배측 보호피막(15)이 수납체(4)와 접측하게 되지 않도록 보호피막(15)이 웨이퍼의 주변부로부터 제거된다. 그래서, 웨이퍼 (6)의 배측 표면상에 규소 노듈이 형성되지 않게 된다. 따라서, 선행기술에서와는 상이하게, 형성된 노듈을 기계적으로 연마제거할 필요가 없다. 그 결과, 생산성이 향상될 수 있다.
본 발명의 방법은, 높은 퇴적속도틀 가진 SiHCl3를 원료가스로 사용하는 경우에도 응용될 수 있다. 이 경우에는, 오토 도프의 문제가 생기지 않아 생산성이 더욱 증가될 수 있다.
상세하게는, 고농도의 As(비소)로 도프된 웨이퍼를 사용할 때에는 다음의 기법을 채용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 제4도에 도시된 제1변형예에서 처럼, 에피택셜 성장 공정전에 수납체(4)의 상표면 및 요부(5)의 단계부분(5A)의 표면에 규소 코팅을 미리 도포한다. 수납체(4)와 웨이퍼(6)의 온도가 거의 반응온도에 도달하면, 수납체의 단계 부분(5A)에 도포된 규소 코팅(16)이 웨이퍼(6)로 이동하여 웨이퍼(6)의 배측 주변부에 규소피막이 형성된다. 그 결과 웨이퍼내에 함유된 도판트로 인한 불순물이 반응실(3)의 내부로 확산되는 것이 방지된다. 상세하게는, SiHCl3를 원료가스로 사용하면, 원료가스의 분해로 인한 HCl농도가 증가하여 웨이퍼(6)는 에칭 된다.
결과적으로, 도판트로 인한 불순물의 확산은 현저해질 것이다. 그렇기 때문에 규소 코팅(16)도포의 이점은 현저해진다.
제5도는, 요부(5)가, 저부(5C)의 중심츨 향해 경사진 원추단면형상을 가진 저부(5C)를 포함하고 있는 제2 변형예를 보여준다. 이 경우에는, L3에 의해 한정된 영역에 있어 배면 보호피막(15)이 제거되어 있고 그럼으로써 보호피막(15)이 수납체(4)와 직접 접촉하게 되는 것이 방지된다. 그리하여 상기한 바와 같은 이점이 얻어질 수 있다.
상기와 같이 , 본 발명에 의한 기상 에피택셜 성장방법은 다음의 이점을 갖는다.
본 발명의 제1방법에 의해, 에피택셜 성장공정에 의해 반도체 피막을 웨이퍼 표면상에 퇴적시킬 때에는, 산화물 또는 질화물로 된 배측 보호피막을 수납체와 직접 접촉하고 있는 웨이퍼의 배측부분으로부터 제거시킨다. 그럼으로써, 수납체와 접촉하고 있는 웨이퍼의 배측 보호피막의 특정 영역에 있어 노듈이 형성되는 것이 비교적 간단한 방법에 의해 방지될 수 있어 생산성이 향상될 수 있다.
제2방법에 의해, 에피택셜 성장 공정에 의해 반도체 피막을 웨이퍼 표면위에 형성시킬 때에는, 제1방법의 공정에 추가하여, 웨이퍼를 지지하는 해당 수납체의 부분에 규소 코팅을 도포한다. 그래서, 수납체와 웨이퍼의 온도가 거의 반응온도에 도달하면, 수납체의 표면에 도포된 규소코팅이 웨이퍼에 이동하여 규소피막이 웨이퍼의 배측 주변부에 형성된다. 결과적으로, 웨이퍼에 함유된 도판트에 기인하는 불순물이 반응실의 내부에 확산하는 것이 방지된다. 이 방법은 특히, SiHCl3를 원료가스로 사용할때에 유리하다.
추가의 이점 및 변형법이 이 분야의 기술자에게는 용이하게 착상될 것이다. 따라서, 넓은 면모에 있어서의 본 발명은 본 명세서에 도시되고 기재된 특정 상세 및 구체예에 한정되지 않는다. 따라서, 첨부된 특허 청구의 범위에 정의된 전반적 발명 개념의 정신 또는 범위로부터 벗어 나지 않고 여러 변형을 이룰 수 있을 것이다.
Claims (5)
- 반응실내에 위치하는 수납체에, 처리할 물체를 그 배측 주변부에 지지하기 위한 요부를 배설하는 단계, 배측 보호피막을 가진 웨이퍼를 준비하는 단계, 상기 요부와 접촉하게될 웨이퍼의 배측 주변부로부터 보호피막을 제거하는 단계, 및 배측 주변부에서 보호피막이 제거된 웨이퍼를 수납체의 요부위에 지지시키고 에피택셜 성장 공정에 의해 상기 웨이퍼상에 반도체 피막을 퇴적시키는 단계로 되어 있는 것을 특징으로 하는 기상 에피택셜 성장방법.
- 반응실내에 위치하는 수납체에, 처리할 물체를 그 배측 주변부에 지지하기 위한 요부를 배설하는 단계, 상기 물체의 배측 주변부와 접촉하게될, 요부 표면의 해당 부분에 규소 코팅을 도포하는 단계, 배측 보호피막을 가진 웨이퍼를 준비하는 단계, 상기 요부와 접촉하게될 웨이퍼의 배측 주변부로부터 보호피막을 제거하는 단계, 및 배측 주변부에서 보호피막이 제거된 웨이퍼를 수납체의 요부위에 지지시키고 에피택셜 성장 공정에 의해 상기 웨이퍼상에 반도체 피막을 퇴적시키는 단계로 되어 있는 것을 특징으로 하는 기상 에피택셜 성장방법.
- 제2항에 있어서, 에피택셜 성장 공정에서 SiHCl3를 원료가스로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 웨이퍼상에 배측 보호피막을 형성하는 단계, 및 웨이퍼의 지지를 위해 반응실내에 위치한 수납체에 형성되어 있는 요부와 접촉하게될 웨이퍼의 배측 주변부에 있어 상기 보호피막을 제거하는 단계로 되어 있는 것을 특징으로 하는 기상 에피택셜 성장용 재료 웨이퍼의 제조방법.
- 웨이퍼에는 배측 보호피막이 도포되어 있으며, 웨이퍼의 지지를 위해 반응실내에 위치한 수납체내에 형성되어 있는 요부와 접촉하게될 웨이퍼의 해당부분으로부터 상기 배측 보호피막이 제거되어 있는 것을 특징으로 하는 기상 에피택셜 성장용 재료 웨이퍼.
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