KR101238842B1 - 반도체 제조용 서셉터 및 이를 포함한 에피택셜 성장 장치 - Google Patents

반도체 제조용 서셉터 및 이를 포함한 에피택셜 성장 장치 Download PDF

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Abstract

반도체 제조용 서셉터 및 이를 포함한 에피택셜 성장 장치가 개시된다.
본 발명에 따른 반도체 제조용 서셉터는 복수 개의 제1 관통홀이 형성된 제1 몸체; 및 상기 제1 몸체를 수용하고, 복수 개의 제2 관통홀이 형성된 제2 몸체를 포함한다.
본 발명에 따른 반도체 제조용 서셉터를 포함한 에피택셜 성장 장치는 챔버; 상기 챔버 내부에 장착되어 웨이퍼를 안착시켜 지지하는 서셉터; 상기 챔버의 상,하부에 설치되어 상기 웨이퍼를 기설정된 온도로 가열하는 가열램프; 상기 챔버에 설치되어 챔버 내부로 반응가스를 분무하는 인젝터; 및 상기 챔버에 설치되어 상기 반응가스를 챔버 외부로 배출하는 배출구를 포함한다.

Description

반도체 제조용 서셉터 및 이를 포함한 에피택셜 성장 장치{SUSCEPTOR FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR AND APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 반도체 제조용 서셉터 및 이를 포함한 에피택셜 성장 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 두 개의 서셉터를 결합하여 제품에 따라 구조를 변형하여 사용할 수 있는 반도체 제조용 서셉터 및 이를 포함한 에피택셜 성장 장치에 관한 것이다.
반도체 소자 제조의 재료로서 사용되는 웨이퍼는, 단결정 실리콘 잉곳을 웨이퍼 형태로 얇게 절단하는 슬라이싱 공정(slicing), 원하는 웨이퍼의 두께로 연마하면서 평탄도를 개선하는 래핑 공정(lapping), 웨이퍼의 손상(damage) 제거를 위한 에칭 공정(etching), 표면 경면화 및 평탄도를 향상시키기 위한 연마 공정(polishing), 웨이퍼 표면의 오염 물질을 제거하기 위한 세정 공정(cleaning) 등의 단계를 거쳐 웨이퍼로 생산된다.
이렇게 제조된 웨이퍼의 표면에 결정 방향(crystal orientation)을 맞추어서 새로운 고순도의 결정층을 형성하는 공정을 에피택셜 성장법(epitaxial growth) 또는 에피택셜(epitaxial)법이라 하고, 이렇게 형성된 층을 에피택셜층(epitaxial layer) 또는 에피층(epi-layer)이라고 한다.
상술한 에피택셜층을 증착하는 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
에피택셜 웨이퍼는 기판으로 사용되는 폴리쉬드 웨이퍼(Polished Wafer)에 대략 1130도(℃)의 고온으로 가열된 반응기의 화학 기상 증착법에 의해 얇은 단결정 층을 형성한 웨이퍼이다. 이때 화학 기상 증착법은 원료로 사용되는 가스를 기상에서 고상으로 상변이를 유도하기 때문에, 원료 가스의 유체 흐름, 기판 웨이퍼를 지지해 주는 서셉터의 재질 및 모형, 원료 가스를 라디컬로 분해 시켜주는 에너지원의 조화가 중요하다. 특히 300mm의 대구경 웨이퍼에서는 웨이퍼 에지(Edge) 부분까지 균일한 에피택셜 층 증착이 어렵기 때문에 반응기 내 가스의 유체 흐름과 서셉터 모형이 중요한 변수이다.
에피택셜 성장 장치에서 일반적으로 사용되는 서셉터는 크게 두 가지로 구분되는데, 도 1은 그 중 하나인 노말(normal) 서셉터의 단면도를 도시한 도면이고, 도 2는 다른 하나인 다공성(holed) 서셉터의 단면도를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 노말 서셉터(10)에는 웨이퍼가 놓여질 홈(12)에 관통홀이 형성되어 있지 않음을 알 수 있다.
반면 도 2를 참조하면, 다공성 서셉터(2)에는 웨이퍼가 놓여질 홈(22)에 복수 개의 관통홀(24)이 형성되어 있다.
그러나, 이러한 종래의 서셉터에는 다음과 같은 문제점이 있다.
통상적으로 웨이퍼는 가공 차이에 의해 웨이퍼 상에 증착되는 에피택셜층이 품질 차이를 나타낸다. 에피택셜 가공을 위한 웨이퍼로는, 고농도 기판에서 에피택셜층 증착시 발생하는 오토 도핑(Auto doping) 현상을 제거하기 위하여 배면에 SiO2 등의 저온 산화막을 증착하는 백실드(backsealed) 웨이퍼와, 저온 산화막을 증착하지 않고 폴리쉬드(Polished) 면으로 구성된 논-백실드(Non-Backsealed) 웨이퍼가 사용된다.
노말 서셉터는 슬립(Slip)과 스트레스(Stress) 제어, 그리고 MCLT 제어에 우수하지만 오토 도핑과 배면 할로(Backside Halo) 제어에는 미흡하고, 반대로 다공성 서셉터는 오토 도핑과 배면 할로 제어에는 우수하지만 슬립과 스트레스 제어, 그리고 MCLT 제어에는 미흡한 측면이 있어 제품 특성에 따라 노말 서셉터와 다공성 서셉터를 교체하여 사용해야 하는 불편함이 존재하고, 교체시 많은 시간이 소요된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 두 개의 서셉터를 결합하여 제품에 따라 구조를 변형하여 사용할 수 있는 반도체 제조용 서셉터 및 이를 포함한 에피택셜 성장 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조용 서셉터는, 복수 개의 제1 관통홀이 형성된 제1 몸체; 및 상기 제1 몸체를 수용하고, 복수 개의 제2 관통홀이 형성된 제2 몸체를 포함한다.
상기 제2 몸체는 안착홈을 포함하고, 상기 안착홈은 상기 제1 몸체가 배치되고 상기 제2 관통홀이 형성된 바닥면과 상기 제1 몸체의 가장자리를 수용하는 측벽을 포함할 수 있다.
상기 제1 몸체는, 상기 제2 몸체와 동일한 회전축을 가지고 결합되어 회전이 가능할 수 있다.
상기 제1 관통홀과 상기 제2 관통홀은, 각각 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체의 동일한 위치에 동일한 크기로 배열될 수 있다.
상기 제1 관통홀과 상기 제2 관통홀은 각각 방사형으로 배열될 수 있다.
상기 제1 관통홀은 제1 몸체의 에지 부분에 형성될 수 있다.
상기 제1 관통홀은 제1 몸체의 중심부에 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 에피택셜 성장 장치는 챔버; 상기 챔버 내부에 장착되어 웨이퍼를 안착시켜 지지하는 서셉터; 상기 챔버의 상,하부에 설치되어 상기 웨이퍼를 기설정된 온도로 가열하는 가열램프; 상기 챔버에 설치되어 챔버 내부로 반응가스를 분무하는 인젝터; 및 상기 챔버에 설치되어 상기 반응가스를 챔버 외부로 배출하는 배출구를 포함한다.
본 발명에 따른 반도체 제조용 서셉터에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 제1 몸체를 회전시켜 제1 몸체의 제1 관통홀과 제2 몸체의 제2 관통홀의 일치 정도를 조절할 수 있으므로 웨이퍼 제품에 따라 노말 서셉터와 다공성 서셉터를 교체하여 사용해야 하는 불편이 적어지고 교체 시간도 단축할 수 있다.
둘째, 웨이퍼의 배면에 저온 산화막이 없는 경우, 제1 몸체를 회전시켜 제1 몸체의 제1 관통홀과 제2 몸체의 제2 관통홀을 일치시켜 다공성 구조를 갖는 서셉터로 사용함으로써 오토-도핑과 배면 할로 현상을 제어할 수 있다.
셋째, 웨이퍼의 배면에 저온 산화막이 있는 경우, 필요에 따라 제1 몸체의 제1 관통홀과 제2 몸체의 제2 관통홀의 일치 여부를 조절함으로써, 노말 구조에 가깝게 서셉터를 사용하여 슬립 현상 및 스트레스를 제어하고 MCLT를 제어하거나, 다공성 구조에 가깝게 서셉터를 사용하여 오토-도핑 및 배면 할로 현상을 제어할 수 있다.
도 1은 노말(normal) 서셉터의 단면도를 도시한 도면이고,
도 2는 다공성(holed) 서셉터의 단면도를 도시한 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 반도체 제조용 서셉터가 적용된 에피택셜 성장 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 4는 도 3에 적용된 실시예에 따른 반도체 제조용 서셉터의 단면도를 확대하여 도시한 도면이고,
도 5는 제1 실시예에 따른 제1 몸체의 평면도를 도시한 도면이고,
도 6은 실시예에 따른 제2 몸체의 평면도를 도시한 도면이고,
도 7은 제1 몸체에 형성된 제1 관통홀과 제2 몸체에 형성된 제2 관통홀이 일치하는 구조로 변형시킨 반도체 제조용 서셉터의 평면도와 단면도를 도시한 도면이고,
도 8은 제1 몸체에 형성된 제1 관통홀과 제2 몸체에 형성된 제2 관통홀이 일치하지 않고 서로의 사이에 위치하는 구조로 변형시킨 반도체 제조용 서셉터의 평면도와 단면도를 도시한 도면이고,
도 9는 제1 몸체의 에지 부분에만 관통홀이 형성된 구조를 도시한 도면이고, 도 10은 제1 몸체의 에지 부분을 제외한 중심 부분에만 관통홀이 형성된 구조를 도시한 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 제조용 서셉터가 적용된 에피택셜 성장 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에 적용된 실시예에 따른 반도체 제조용 서셉터의 단면도를 확대하여 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 반도체 제조용 서셉터를 자세히 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 에피택셜 성장 장치(100)는 보통 석영으로 제작된 챔버(110)와, 상기 챔버(110) 내부에 장착되어 웨이퍼(W)를 안착시켜 지지하는 것으로 탄소(graphite) 판에 SiC가 코팅되어 이루어진 서셉터(200)와, 상기 챔버(110)의 상,하부에 설치되어 웨이퍼(W)를 소정 온도로 가열하는 가열램프(120, 130)와, 상기 서셉터(200)의 하부에 설치된 서셉터 회전기구와, 상기 챔버(110)의 상부 일측에 설치되어 챔버(110) 내부로 반응가스가 유입되도록 반응가스를 분무하는 인젝터(140)와, 상기 챔버(110)의 하부 일측에 설치되어 상기 인젝터(140)를 통해 유입된 반응가스를 배출하는 배출구(150)를 포함한다.
도 4를 참조하면, 상기 서셉터(200)는 복수 개의 제1 관통홀(214)이 형성된 제1 몸체(210)와, 상기 제1 몸체(210)를 수용하고 복수 개의 제2 관통홀(224)이 형성된 제2 몸체(220)를 포함한다.
또한, 상기 제2 몸체(220)는 안착홈(222)을 포함하고, 상기 안착홈(222)은 상기 제1 몸체(210)가 배치되고 상기 제2 관통홀(224)이 형성된 바닥면과 상기 제1 몸체(210)의 가장자리를 수용하는 측벽을 포함한다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 제1 관통홀(214)과 제2 관통홀(224)은 각각 상기 제1 몸체(210)와 상기 제2 몸체(220)의 동일한 위치에 동일한 크기로 배열될 수 있다. 즉, 제1 관통홀(214)과 제2 관통홀(224)은 관통홀의 모양이 동일하고, 동일한 간격으로 이격되어 형성될 수 있다.
도 5는 제1 실시예에 따른 제1 몸체의 평면도를 도시한 도면이고, 도 6은 실시예에 따른 제2 몸체의 평면도를 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하여 제1 몸체(210) 및 제2 몸체(220)를 좀 더 자세히 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 제1 몸체(210)는 상부에 웨이퍼가 안착되는 안착부(212)가 존재하고, 상기 안착부(212)에 복수 개의 제1 관통홀(214)이 형성되어 있다.
도 6을 참조하면, 제2 몸체(220)는 상기 제1 몸체(210)가 안착될 안착홈(222)이 존재하고, 상기 안착홈(222)의 바닥면에 복수 개의 제2 관통홀(224)이 형성되어 있다.
제1 몸체(210)는 제2 몸체(220)와 동일한 회전축(미도시)으로 결합되어, 제2 몸체(220) 상에서 회전 가능하게 설치되고, 제2 몸체(220)는 고정 설치된다. 예를 들어, 상기 제1 몸체(210)는 상기 제2 몸체(220) 상에서 좌우로 회전 가능할 수 있다.
제1 몸체(210)에 형성된 복수 개의 제1 관통홀(214)과 제2 몸체(220)에 형성된 복수 개의 제2 관통홀(224)은 방사형으로 배열될 수 있다.
그 이유는, 제1 몸체(210)를 회전시켜 제1 몸체(210)의 제1 관통홀(214)과 제2 몸체(220)의 제2 관통홀(224)을 일치시키는 것이 용이하도록 하기 위해서이다.
즉, 상술한 바와 같이 제1 관통홀(214)과 제2 관통홀(224)은 동일한 모양 및 방사형의 동일한 배치관계를 가질 수 있기 때문에, 제1 몸체(210)를 회전시켜 제1 관통홀(214)과 제2 관통홀(224)을 용이하게 일치시킬 수 있다.
도 7은 제1 몸체에 형성된 제1 관통홀과 제2 몸체에 형성된 제2 관통홀이 일치하는 구조로 변형시킨 반도체 제조용 서셉터의 평면도와 단면도를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 제1 몸체(210)의 제1 관통홀(214)과 제2 몸체(220)의 제2 관통홀(224)이 서로 일치하여, 반도체 제조용 서셉터(200) 전체로서 봤을 때 다공성(Holed) 서셉터의 구조를 가짐을 알 수 있다.
이러한 다공성 서셉터의 구조는 제1 관통홀(214)이 제2 관통홀(224)과 일치할 때까지 제1 몸체(210)를 좌우로 회전시킴으로서 형성될 수 있다.
도 7과 달리, 제1 관통홀(214)과 제2 관통홀(224)를 완전히 일치시키지 않고, 비스듬히 일치시키는 구조도 가능하다.
이러한 다공성 서셉터의 구조를 갖는 반도체 제조용 서셉터(200)를 사용하여 화학 기상 증착 공정이 이루어지는 경우의 이점은 다음과 같다.
웨이퍼의 배면에 SiO2와 같은 저온 산화막(LTO)이 없는 논-백실드(Non-Backsealed) 웨이퍼의 경우, 에피택셜층의 고온 성장 과정에서 웨이퍼에 고농도로 도핑된 붕소가 웨이퍼 외부로 확산되어 웨이퍼 배면에 증착되는 오토 도핑(Auto-doping) 현상과, 웨이퍼 전면에 인가되는 소스 가스가 웨이퍼 배면에 침투하여 배면 할로(Backside Halo)가 발생할 수 있다.
이러한 경우, 도 7과 같은 다공성 서셉터의 구조를 갖는 반도체 제조용 서셉터(200)를 사용하면, 서셉터(200)에 형성된 관통홀을 통해 웨이퍼 배면에서 확산되어 분출되는 불순물을 서셉터 아래로 배출시킬 수 있으므로 오토 도핑 현상을 방지하고 배면 할로 문제를 제어할 수 있다.
도 8은 제1 몸체에 형성된 제1 관통홀과 제2 몸체에 형성된 제2 관통홀이 일치하지 않고 서로의 사이에 위치하는 구조로 변형시킨 반도체 제조용 서셉터의 평면도와 단면도를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 제1 몸체(210)의 제1 관통홀(214)과 제2 몸체(220)의 제2 관통홀(224)이 일치하지 않아, 반도체 제조용 서셉터(200) 전체로서 봤을 때 노말(Normal) 서셉터의 구조를 가짐을 알 수 있다.
이러한 노말 서셉터의 구조는 제1 관통홀(214)과 제2 관통홀(224)이 일치하지 않도록 제1 몸체(210)를 좌우로 회전시킴으로써 형성될 수 있다.
이 경우에도 제1 관통홀(214)과 제2 관통홀(224)이 완전히 일치하지 않는 것이 아니라 비스듬히 일치하는 구조도 가능하다.
이러한 다공성 서셉터의 구조를 갖는 반도체 제조용 서셉터(200)를 사용하여 화학 기상 증착 공정이 이루어지는 경우의 이점은 다음과 같다.
다공성 서셉터를 사용하여 화학 기상 증착 공정을 행하는 경우, 가열램프로부터 웨이퍼로의 직접적인 열 복사로 인하여 슬립 전위(Slip Dislocation)가 발생하고 웨이퍼 배면에 표면 거칠기 현상이 발생할 수 있으며, 웨이퍼의 스트레스(Stress)가 심해질 수 있기 때문에, 도 8과 같은 노말 구조를 갖는 반도체 제조용 서셉터(200)를 사용함으로써 다공성 서셉터를 사용할 때보다 상기 현상을 제어하는 것이 용이할 수 있다.
경우에 따라서는, 상술한 바와 같이 제1 관통홀(214)과 제2 관통홀(224)이 비스듬히 일치하는 구조를 갖는 반도체 제조용 서셉터(200)를 사용하여 슬립 현상 및 웨이퍼 스트레스를 제어할 수도 있다.
또한, 불순물 배출과 관련한 MCLT(Minority Carrier Lifetime) 제어와 관련하여, 다공성 서셉터에서보다 노말 서셉터에서 불순물이 쉽게 배출되는 효과가 있다.
상술한 실시예들에 따른 반도체 제조용 서셉터(200)는 제1 몸체(210)에 형성된 제1 관통홀(214)의 배열 구조를 변경함으로써 다양하게 응용될 수 있다.
도 9는 제1 몸체의 에지 부분에만 관통홀이 형성된 구조를 도시한 도면이고, 도 10은 제1 몸체의 에지 부분을 제외한 중심 부분에만 관통홀이 형성된 구조를 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10의 실시예에서, 제1 몸체(210)의 제1 관통홀의 배열 구조를 제외한 나머지 부분은 위에서 상술한 바와 같다.
도 9에 도시된 반도체 제조용 서셉터의 경우, 웨이퍼의 에지부가 오토 도핑에 가장 취약하기 때문에 웨이퍼 에지부와 중심부의 저항 편차를 줄이기 위해 도입될 수 있다.
또한, 웨이퍼 상의 온도 구배는 웨이퍼 가장자리 주변에서의 열복사로 인해 주로 반경 방향으로 생기고, 열 스트레스가 가장자리 부근에서 가장 커서 가장자리부터 슬립 현상이 생겨 중심부로 확대되므로, 도 10에서와 같이 제1 몸체(210)의 중심부에만 관통홀을 형성된 반도체 제조용 서셉터를 사용함으로써 웨이퍼의 에지 부분에 가열램프의 열이 직접 투사되는 것을 방지할 수 있다.
지금까지 상술한 바와 같이, 실시예에 따른 반도체 제조용 서셉터(200)를 사용하면 웨이퍼 제품에 따라 노말 서셉터와 다공성 서셉터를 교체하여 사용하는 불편함 없이, 제1 몸체(210)를 회전시켜 제1 관통홀(214)과 제2 관통홀(224)의 일치 정도를 조절하여 적절하게 적용할 수 있다.
일반적으로 서셉터를 교체하여 사용하는 경우, 금속 오염 등 기타 품질 항목을 일정 수준 이상으로 끌어올리기 위하여 더미 웨이퍼(Dummy Wafer)를 사용한 더미 공정(Dummy Run)을 진행하게 된다.
즉, MCLT가 안정될 때까지 더미 웨이퍼를 사용하여 더미 공정을 진행하는데, 다공성 서셉터의 경우 더미 공정을 진행하고 3일 이후가 되어야 MCLT 수치가 1000us 이상이 나오고, 노말 서셉터의 경우 1일 정도가 지나면 일정 수준의 MCLT가 확보될 수 있다.
따라서, 기존에 노말 서셉터와 다공성 서셉터를 전환하는데 1일 내지 3일이 필요했다면, 실시예에 따른 반도체 제조용 서셉터(200)를 사용하면 1일 이내에 전환이 가능할 수 있을 것이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 에피택셜 성장 장치 110: 챔버
120, 130: 가열램프 140: 인젝터
150: 배출구 200: 반도체 제조용 서셉터
210: 제1 몸체 214: 제1 관통홀
220: 제2 몸체 224: 제2 관통홀

Claims (8)

  1. 복수 개의 제1 관통홀이 형성된 제1 몸체; 및
    상기 제1 몸체를 수용하고, 복수 개의 제2 관통홀이 형성된 제2 몸체를 포함하는 반도체 제조용 서셉터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 몸체는 안착홈을 포함하고, 상기 안착홈은 상기 제1 몸체가 배치되고 상기 제2 관통홀이 형성된 바닥면과 상기 제1 몸체의 가장자리를 수용하는 측벽을 포함하는 반도체 제조용 서셉터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 몸체는, 상기 제2 몸체와 동일한 회전축을 가지고 결합되어 회전이 가능한 반도체 제조용 서셉터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 관통홀과 상기 제2 관통홀은, 각각 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체의 동일한 위치에 동일한 크기로 배열된 반도체 제조용 서셉터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 관통홀과 상기 제2 관통홀은 각각 방사형으로 배열된 반도체 제조용 서셉터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 관통홀은 제1 몸체의 에지 부분에 형성된 반도체 제조용 서셉터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 관통홀은 제1 몸체의 중심부에 형성된 반도체 제조용 서셉터.
  8. 챔버;
    상기 챔버 내부에 장착되어 웨이퍼를 안착시켜 지지하는 서셉터;
    상기 챔버의 상,하부에 설치되어 상기 웨이퍼를 기설정된 온도로 가열하는 가열램프;
    상기 챔버에 설치되어 챔버 내부로 반응가스를 분무하는 인젝터; 및
    상기 챔버에 설치되어 상기 반응가스를 챔버 외부로 배출하는 배출구를 포함하여 이루어지고,
    상기 서셉터는 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 의한 반도체 제조용 서셉터인 에피택셜 성장 장치.
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