KR101312544B1 - 에피텍셜 반응기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 측면은 에피텍셜 프로세스 동안 웨이퍼 에지 영역에 별도의 수소 가스를 공급해줌으로써 오토 도핑에 의한 웨이퍼의 에지 영역의 저항성 저하를 방지하는 에피텍셜 반응기을 제공하는 것에 있으며, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 에피텍셜 반응기는 웨이퍼를 재치하는 서셉터가 내부에 설치 되는 챔버와, 상기 챔버 내부의 상기 서셉터 상에 재치되는 상기 웨이퍼에 가스 공급원으로부터의 원료가스와 제1수소 가스를 포함하는 기상 성장 가스를 공급하는 성장 가스 공급부와, 상기 공급되는 기상 성장 가스를 배출하는 상기 챔버 외부로 가스 배출부와, 상기 웨이퍼 에지 영역에만 수소 가스가 증대되도록 상기 웨이퍼 에지 측으로 제2수소 가스를 공급하는 수소 가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

에피텍셜 반응기{Epitaxial Reactor}

본 발명은 에피텍셜 반응기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에피텍셜 프로세스 동안 웨이퍼 에지 영역에 별도의 수소 가스를 공급해줌으로써 오토 도핑에 의한 웨이퍼의 에지 영역의 저항성 저하를 방지하는 에피텍셜 반응기에 관한 것이다.

일반적으로 소자 공정을 위한 웨이퍼를 준비하는 공정은 실리콘 잉곳(ingot)을 제조하고, 제조된 실리콘 잉곳을 개별 실리콘 웨이퍼들로 쏘잉(sawing)한다. 그리고 쏘잉된 실리콘 웨이퍼들에 대하여 래핑(lapping), 그라인딩(griding), 에칭(etching) 및 폴리싱(polishing)을 포함하는 몇 가지 처리 공정을 거친 후 전면(front face)또는 전면 및 후면(back face)이 거울 광택을 갖는 웨이퍼를 형성한다. 그리고 소자 공정을 위한 최종 웨이퍼를 준비하기 위하여 에피텍셜 증착 공정에 의하여 웨이퍼 표면에 실리콘 박막을 성장시킨다.

일반적으로 에피텍셜 증착 공정은 두 단계로 나누어진다.

제1단계인 프리 베이크 공정에서는 웨이퍼를 챔버에 로드(load)하여 서셉터 위로 내린다. 그리고 웨이퍼 표면에 수소 또는 수소와 염화 수소산 혼합 가스와 같은 클리닝 가스(cleaning gas)를 가한 상태에서 일정한 온도(예컨대, 1000~1150℃)에서 프리 베이크(pre-bake)하여 웨이퍼 표면을 클리닝한다.

제2단계인 에피텍셜 성장 공정에서는 웨이퍼 표면에 실레인(silane)이나 트리크롤로실레인(trichlorosilane)과 같은 실리콘 기상 소스(vapor source)를 가한 상태에서 일정한 온도(예컨대, 800℃)에서 웨이퍼 표면에 실리콘층을 성장시킨다.

이러한 고온의 프리 베이크(pre-bake) 및 에피텍셜 성장 공정 동안 웨이퍼의 이면(예컨대, 뒷면)으로부터 붕소(boron) 또는 인(phosphorus)과 같은 도펀트 원자들이 방출된다.

일반적으로 웨이퍼 이면으로부터 방출되는 도펀트 원자들은 웨이퍼 에지(edge)와 서셉터 사이를 통하여 웨이퍼의 전면(예컨대, 앞면)으로 발산된다. 그리고 발산된 도펀트 원자들은 웨이퍼 전면에 성장하는 증착층에 합체되어 증착층을 오염시키고, 웨이퍼의 에지 근처의 저항성을 저하시티는데, 이를 오토 도핑(Auto-doping)이라 한다.

도 1은 일반적인 에피텍셜 프로세스 동안 웨이퍼 에지에 발생하는 오토 도핑을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 웨이퍼의 이면이 산화 실링(oxidation and sealing)된 경우에는 웨이퍼 이면으로 도펀트 원자들이 거의 방출되지 않는다. 그러나 웨이퍼(11)의 이면이 에칭되거나 폴리싱된 경우에는 웨이퍼(11) 에지(13)와 서셉터(12) 사이를 통하여 웨이퍼(11)의 전면(예컨대, 앞면)으로 발산되고, 발산된 도펀트 원자들은 웨이퍼(11)의 전면에 원하지 않는 오토 도핑을 유발한다.

도 2는 오토 도핑에 의한 웨이퍼 에지 근처의 저항성의 저하를 나타낸다. X축은 웨이퍼의 방사상의 위치를 나타내며, Y축은 온도별 저항성(resistivity)을 나타낸다. 도 2를 참조하면, 오토 도핑에 의하여 실리콘 웨이퍼의 에지 근처의 저항성이 저하된다.

본 발명의 일 측면은 에피텍셜 프로세스 동안 웨이퍼 에지 영역에 별도의 수소 가스를 공급해줌으로써 오토 도핑에 의한 웨이퍼의 에지 영역의 저항성 저하를 방지하는 에피텍셜 반응기을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 실시예에 따른 에피텍셜 반응기는 웨이퍼를 재치하는 서셉터가 내부에 설치 되는 챔버와, 상기 챔버 내부의 상기 서셉터 상에 재치되는 상기 웨이퍼에 가스 공급원으로부터의 원료가스와 제1수소 가스를 포함하는 기상 성장 가스를 공급하는 성장 가스 공급부와, 상기 공급되는 기상 성장 가스를 배출하는 상기 챔버 외부로 가스 배출부와, 상기 웨이퍼 에지 영역에만 수소 가스가 증대되도록 상기 웨이퍼 에지 측으로 제2수소 가스를 공급하는 수소 가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 수소 가스 공급부는 제2수소 가스를 공급하기 위한 수소 가스 공급원과, 상기 수소 가스 공급원과 접속되어 상기 제2수소 가스를 상기 웨이퍼 에지 영역으로만 분사하기 위한 적어도 하나의 수소 가스 인젝터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 수소 가스 인젝터는 상기 웨이퍼 에지 영역의 네 위치에서 각각 상기 제2수소 가스를 분사하기 위하여 상기 챔버의 하부 네 위치를 관통하여 체결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 수소 가스 인젝터는 상기 챔버의 하부에 고정 설치되기 위한 고정부와, 상기 챔버의 내부에 배치되어 상기 웨이퍼 에지 측으로 제2수소 가스를 분사하기 위한 분사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 분사부는 각도 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 수소 가스 공급부는 상기 성장 가스 공급부에 인접하게 구비되는 2개의 제1인젝터와, 상기 가스 배출부에 인접하게 구비되는 2개의 제2인젝터를 포함하며, 상기 제1인젝터는 각각 상기 제2인젝터에 비해 짧게 형성되는 분사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 에피텍셜 반응기는 에피텍셜 프로세스 동안 웨이퍼 에지 영역에 별도의 수소 가스를 공급해줌으로써 오토 도핑에 의한 웨이퍼의 에지 영역의 저항성 저하를 방지하는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 에피텍셜 프로세스 동안 웨이퍼 에지에 발생하는 오토 도핑을 나타낸다.
도 2는 오토 도핑에 의한 웨이퍼 에지 근처의 저항성의 저하를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에피텍셜 반응기를 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에피텍셜 반응기를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수소 가스 공급부의 인젝터를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수소 가스 공급부의 인젝터가 에지 영역에서 오토 도핑을 역 플로우시키는 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예와 종래기술을 비교하여 나타낸 도면이다.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에피텍셜 반응기를 나타낸 측면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에피텍셜 반응기를 나타낸 평면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수소 가스 공급부의 인젝터를 나타낸 단면도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수소 가스 공급부의 인젝터가 에지 영역에서 오토 도핑을 역 플로우시키는 상태를 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명의 실시예와 종래기술을 비교하여 나타낸 도면이다.

도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 에피텍셜 반응기(100)는 웨이퍼(W)를 재치하는 서셉터(111)가 내부에 설치 되는 챔버(110)와, 챔버(110) 내의 서셉터(111) 상에 재치되는 웨이퍼(W)에 가스 공급원(121)으로부터의 원료 가스와 캐리어 가스를 포함하는 기상 성장 가스를 공급하는 성장 가스 공급부(120)와, 공급되는 기상 성장 가스를 챔버(110) 외에 배출하는 가스 배출부(130)와, 웨이퍼(W) 에지 영역의 오토 도핑을 방지하기 위하여 웨이퍼(W) 에지 영역으로 수소 가스를 공급하는 수소 가스 공급부(140)를 포함하여 구성된다.

이 밖에, 본 발명의 에피텍셜 반응기(100)는, 서셉터(111)를 회전시키기 위한 서셉터 회전기구(150)와, 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 램프 가열 장치(미도시) 등을 적절 구비하는 것도 좋다.

이러한 서셉터 회전기구(150)는, 서셉터(111)를 회전시키는 것에 따라 웨이퍼(W)를 회전시키고, 에피텍셜 성장이 웨이퍼(W) 면내에 있어서 균일하게 행해지도록 하기 위한 것이다.

챔버(110)에는 챔버(110) 내에 원료 가스 및 캐리어 가스를 포함하는 기상 성장 가스를 서셉터(111)의 위쪽의 영역에 도입하고, 서셉터(111) 상에 재치되는 웨이퍼(W)의 주 표면상에 원료 가스와 캐리어 가스를 공급하는 가스 도입관(121A)이 접속 되어 있다. 예를 들면, 가스 도입관(121A)의 도입구(미부호)는 3개 이상에 구분하게 될 수 있다.

가스 도입관(121A)의 도입구에는, 원료 가스로서 소스 가스로서 SiHCl3과 도펀트로서 B2H6와 PH3와, 캐리어 가스로서 수소 가스(H2) 등이 주입될 수 있다.

이하 캐리어 가스는 후술하는 수소 가스 공급부(140)에서 웨이퍼(W) 에지 영역으로만 공급되는 수소 가스와 구분하기 위하여 제1수소 가스라 한다.

한편, 원료 가스로 사용되는 삼연화규소(SiHCl3)는 공정온도가 1100~1150℃에서 사용되는데, 저온 성장일수록 웨이퍼 표면의 헤이즈(Haze) 레벨이 낮고 나노 품질 항목에서 유리하므로 약 1100℃로 낮춰서 진행할 수 있다.

서셉터(111)는 카본 그래파이트에 탄화규소를 코팅하여 제작될 수 있다. 챔버(100)의 내부 공간에 배치되고 그 상부 면에 웨이퍼(W)를 안착시킨다.

또한, 챔버(110)의 가스 도입관(121A)이 접속되는 측의 반대측에는, 챔버(110) 내부터 가스를 배출하는 가스 배출부(130)가 접속되어 있다.

그리고, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 에피텍셜 반응기(100)는 오토 도핑을 방지하기 위하여 웨이퍼(W) 에지 영역에만 제1수소 가스와 구분되는 제2수소 가스를 공급하는 수소 가스 공급부(140)를 더 포함하여 구성된다.

수소 가스 공급부(140)는 제2수소 가스를 공급하기 위한 수소 가스 공급원(141)과, 상기 수소 가스 공급원(141)과 접속되어 상기 제2수소 가스를 상기 웨이퍼(W) 에지 영역으로 분사하기 위한 적어도 하나의 수소 가스 인젝터(142)를 포함한다.

한편, 수소 가스 공급원은 캐리어 가스로 사용되는 제1수소 가스 공급원과 동일할 수 있다.

이러한 수소 가스 인젝터(142)는 웨이퍼(W) 에지 영역의 네 위치에서 각각 상기 제2수소 가스를 분사하기 위하여 챔버(110)의 하부 네 위치를 관통하여 체결된다.

여기서, 수소 가스 인젝터(142)는 상기 챔버(110)의 하부에 고정 설치되기 위한 고정부(142A)와, 챔버(110)의 내부에 배치되어 웨이퍼(W) 에지 영역으로 제2수소 가스를 분사하기 위한 분사부(142B)를 포함한다.

분사부(142B)에서 분사되는 제2수소 가스의 양은 웨이퍼(W) 센터 영역까지 영향을 주지 않을 정도의 수준을 유지되도록 그 길이도 최적화되어야 한다. 한편, 분사부(142B)는 웨이퍼(W) 에지 영역으로 최적화 분사되기 위하여 각도 조절이 가능하게 구비될 수 있다.

구체적으로, 수소 가스 인젝터(142)는 성장 가스 공급부(120)에 인접하게 구비되는 2개의 인젝터(142)와, 상기 가스 배출부(130)에 인접하게 구비되는 2개의 인젝터(142)를 포함하는데, 성장 가스에 공급부(120)에 인접한 2개의 인젝터(142)의 분사부(142B)는 각각 가스 배출부(130)에 인접한 2개의 인젝터(142)의 분사부(142B)에 비해 낮은 높이를 가지도록 구비된다.

왜냐하면, 성장 가스에 공급부(120)에 인접한 2개의 인젝터(142)의 분사부(142B)가 각각 가스 배출부(130)에 인접한 2개의 인젝터(142)의 분사부(142B)에 비해 짧게 형성되는 이유는 성장 가스 공급부(120)에 인접하게 구비되는 인젝터(142)의 분사부(142B)는 가스의 흐름 방향에 설치되어 웨이퍼(W)의 센터 영역까지 영향을 줄 수 있기 때문이다.

따라서, 성장 가스에 공급부(120)에 인접한 인젝터(142)의 분사부(142B)가 웨이퍼(W)의 에지 영역에만 영향을 미치도록 성장 가스에 공급부(120)에 인접한 인젝터(142)의 분사부(142B)는 가스 배출부(130)에 인접한 인젝터(142)의 분사부에 비해 상대적으로 낮은 높이를 가지도록 구비되는 것이 바람직하다.

따라서, 기상 성장 가스를 이용하는 에피텍셜 성장 공정 동안 웨이퍼(W)의 하부면으로부터 방출되는 붕소(boron) 또는 인(phosphorus)과 같은 도펀트 원자들은 오토 도핑의 원인이 되는데, 이러한 오토 도핑(Auto-doping)의 원인이 되는 도펀트 원자들을 에피텍셜 프로세스 동안 에지 영역에 수소 가스를 공급해줌으로써 오토 도핑 되는 도펀트를 희석시키고 에지 영역에서의 반응을 감소 시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 에피텍셜 반응기는 에피텍셜 프로세스 동안 웨이퍼 에지 영역에 별도의 수소 가스를 공급해줌으로써 오토 도핑에 의한 웨이퍼의 에지 영역의 저항성 저하를 방지하는 에피텍셜 반응기를 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.

100…에피텍셜 반응기 110…챔버
111…서셉터 120…성장 가스 공급부
121…가스 공급원 130…가스 배출부
140…수소 가스 공급부 141…수소 가스 공급원
142…수소 가스 인젝터 142A…고정부
142B…분사부

Claims (6)

1. 웨이퍼를 재치하는 서셉터가 내부에 설치되는 챔버와,
   상기 챔버 내부의 상기 서셉터 상에 재치되는 상기 웨이퍼에 가스 공급원으로부터의 원료가스와 제1수소 가스를 포함하는 기상 성장 가스를 공급하는 성장 가스 공급부와,
   상기 챔버 내부에서 상기 성장 가스 공급부 내의 가스 도입관과 반대 영역에 배치되고, 상기 공급되는 기상 성장 가스를 배출하는 상기 챔버 외부로 가스 배출부와,
   상기 웨이퍼 에지 영역에만 수소 가스가 증대되도록 상기 웨이퍼 에지 측으로 제2수소 가스를 공급하는 수소 가스 공급부를 포함하고,
   상기 수소 가스 공급부는 제2수소 가스를 공급하기 위한 수소 가스 공급원과, 상기 수소 가스 공급원과 접속되어 상기 제2수소 가스를 상기 웨이퍼 에지 영역으로만 분사하기 위한 적어도 하나의 수소 가스 인젝터를 포함하고, 상기 수소 가스 인젝터는 상기 웨이퍼 에지 영역의 네 위치에서 각각 상기 제2수소 가스를 분사하기 위하여 상기 챔버의 하부 네 위치를 관통하여 체결되는 에피텍셜 반응기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 수소 가스 인젝터는 상기 챔버의 하부에 고정 설치되기 위한 고정부와, 상기 챔버의 내부에 배치되어 상기 웨이퍼 에지 측으로 제2수소 가스를 분사하기 위한 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에피텍셜 반응기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 분사부는 각도 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 에피텍셜 반응기.
6. 웨이퍼를 재치하는 서셉터가 내부에 설치 되는 챔버와,
   상기 챔버 내부의 상기 서셉터 상에 재치되는 상기 웨이퍼에 가스 공급원으로부터의 원료가스와 제1수소 가스를 포함하는 기상 성장 가스를 공급하는 성장 가스 공급부와,
   상기 챔버 내부에서 상기 성장 가스 공급부 내의 가스 도입관과 반대 영역에 배치되고, 상기 공급되는 기상 성장 가스를 배출하는 상기 챔버 외부로 가스 배출부와,
   상기 웨이퍼 에지 영역에만 수소 가스가 증대되도록 상기 웨이퍼 에지 측으로 제2수소 가스를 공급하는 수소 가스 공급부를 포함하고,
   상기 수소 가스 공급부는 상기 성장 가스 공급부에 인접하게 구비되는 2개의 제1인젝터와, 상기 가스 배출부에 인접하게 구비되는 2개의 제2인젝터를 포함하며,
   상기 제1인젝터는 각각 상기 제2인젝터에 비해 짧게 형성되는 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에피텍셜 반응기.

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