KR102370157B1 - 서셉터, 에피택셜 성장 장치, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법, 그리고 에피택셜 실리콘 웨이퍼 - Google Patents

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Abstract

에피택셜 실리콘 웨이퍼의 에피택셜층의 평탄도의 둘레 방향 균일성을 높일 수 있는 서셉터를 제공한다. 본 발명에 의한 서셉터(100)는, 실리콘 웨이퍼(W)가 올려놓여지는 오목 형상의 카운터보어(counterbore)부가 형성되고, 서셉터의 중심과 카운터보어부의 개구연의 사이의 지름 방향 거리(L)가 90도 주기로 둘레 방향으로 변동함과 함께, 지름 방향 거리(L)가 최소가 되는 위치의 각도를 0도로 했을 때에, 90도, 180도, 270도의 각각에서 지름 방향 거리(L)가 최솟값(L1)이 됨과 함께, 45도, 135도, 225도, 315도의 각각에서 지름 방향 거리(L)가 최댓값(L2)이 되고, 서셉터(100)를 상면에서 보았을 때의 개구연(110C)이, 지름 방향 외측을 볼록하게 하는 4개의 타원호를 그린다.

Description

서셉터, 에피택셜 성장 장치, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법, 그리고 에피택셜 실리콘 웨이퍼
본 발명은, 서셉터 및 당해 서셉터를 구비하는 에피택셜 성장 장치에 관한 것이다. 추가로 본 발명은, 당해 서셉터를 이용한 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법과, 에피택셜 실리콘 웨이퍼에 관한 것이다.
일반적으로, 실리콘 웨이퍼는, 초크랄스키법(CZ법) 등에 의해 단결정 실리콘을 육성하고, 당해 실리콘 단결정을 블록으로 절단한 후, 얇게 슬라이스하여, 평면 연삭(랩핑) 공정, 에칭 공정 및 경면 연마(폴리싱) 공정을 거쳐 최종 세정함으로써 얻어진다. 그 후, 각종 품질 검사를 행하여 이상(異常)이 확인되지 않으면 제품으로서 출하된다.
여기에서, 결정의 완전성이 보다 요구되는 경우나, 저항률이 상이한 다층 구조를 필요로 하는 경우 등에는, 실리콘 웨이퍼의 표면에 단결정 실리콘 박막으로 이루어지는 에피택셜층을 기상 성장(에피택셜 성장)시켜 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 제조한다.
에피택셜 성장은, 실리콘 웨이퍼를 서셉터의 카운터보어(counterbore)부에 올려놓고, 당해 서셉터를 회전시키면서 성장 가스를 실리콘 웨이퍼 표면에 분사함으로써 행해진다. 도 1에, 종래 공지의 일반적인 서셉터(1)의 평면도 및 A-A 단면도의 개략도를 나타낸다.
서셉터(1)에는, 원형 오목 형상의 카운터보어부(11)가 형성되고, 이 카운터보어부(11)의 중심에 실리콘 웨이퍼(W)의 중심이 위치하도록, 실리콘 웨이퍼(W)가 올려놓여진다. 실리콘 웨이퍼(W)와 서셉터(100)는, 레지부(110L)에서 접촉하고 있다. 실리콘 웨이퍼(W)는 서셉터(100) 도 1에 있어서, 서셉터의 중심과 카운터보어부(11)의 개구연(11C)의 사이의 지름 방향 거리(L)는 둘레 방향에서 일정하다. 그 때문에, 포켓 폭(Lp)이라고 불리우는 실리콘 웨이퍼(W)의 지름 방향 외측 단면과, 내주 벽면(11A)의 거리(L)도 둘레 방향에서 일정하다. 그 때문에, 서셉터(1)를 상면에서 보았을 때의 개구연(11C)은 원호를 그린다.
또한, 서셉터(1)의 카운터보어부(11)의 개구연(11C)측의, 내주 벽면(11A)의 상단(개구연(11C)에 상당)과 하단의 높이의 차(H)(「카운터보어 깊이」라고도 불리움)는 둘레 방향에서 일정하기 때문에, 내주 벽면(11A)의 상단과, 실리콘 웨이퍼(W)의 표면의 높이의 차(Hw)도 일정하다.
여기에서, 도 2에 나타내는 바와 같이, 주표면을 {100}면으로 하는 실리콘 웨이퍼는, 45도 단위로 <110>방위와 <100>방위를 반복한다. 이 결정 방위의 주기성에 기인하여, 실리콘 웨이퍼 표면에 에피택셜층을 성장시키면 90도 주기로 상이하여 성장 속도(「성장 속도 방위 의존성」이라고 불리움)에 의해 에피택셜층이 성장한다. 이러한 결정 방위마다의 성장 속도차에 수반하여, 에피택셜층의 막두께가 둘레 방향으로 크게 변동하게 되고, 그 영향은 웨이퍼 에지 영역(외주 영역)만큼 크다. 그 때문에, 성장 속도 방위 의존성은 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 평탄도를 악화시키는 원인으로서 알려져 있다.
특허문헌 1에는, 서셉터 개구부의 내주면의 근방에서, 반도체 웨이퍼의 결정 방위의 변화에 따라 주기적으로 구조 및/또는 형상이 변화하는 서셉터가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 1에는, 이 서셉터의 부분 열용량, 포켓의 카운터보어 깊이, 또는, 포켓의 폭이, 90도, 180도, 또는, 270도의 주기로 변화함으로써, 주기적으로 구조 및/또는 형상이 변화하는 것이 바람직하다고 개시되어 있다.
특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 서셉터의 포켓 폭이 넓어지면, 실리콘 소스 가스가 실리콘 웨이퍼 주연부에 원활하게 공급되게 되어, 주연부의 에피택셜층 성장 속도가 빨라진다. 이에 대하여, 서셉터의 포켓 폭이 좁아지면 반대의 현상이 되어 성장 속도가 느려진다. 또한, 서셉터의 카운터보어 깊이가 얕아지면 실리콘 소스 가스가 웨이퍼 주연부에 원활하게 공급되게 되어, 주연부의 에피택셜층 성장 속도가 빨라진다. 이에 대하여, 서셉터의 카운터보어 깊이가 깊어지면 반대의 현상이 되어 성장 속도가 느려진다.
따라서, 특허문헌 1에 따르는 서셉터를 이용함으로써, 성장 속도 방위 의존성을 억제하고, 에피택셜층의 막두께 분포를 개선할 수 있다.
일본공개특허공보 2007-294942호
특허문헌 1의 기술에 따르는 서셉터로서, 도 3에 나타내는 바와 같은, 서셉터(2)를 상면에서 보았을 때에, 카운터보어부(21)의 개구연(21C)이 4개의 원호를 그리는 서셉터(2)를 예시할 수 있다. 도 3에 나타내는 서셉터(2)에 의해, 포켓 폭(Lp)을 실리콘 웨이퍼의 결정 방위의 변화에 따라 주기적으로 변화시킬 수 있다. 이러한 서셉터(2)를 이용함으로써, 에피택셜 성장 시의 성장 속도 방위 의존성을 억제할 수 있기 때문에, 도 1에 나타내는 서셉터(1)에 비해 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 평탄도의 둘레 방향 균일성(특히, 막두께 분포의 둘레 방향 불균일)을 대폭으로 개선할 수 있다. 그러나, 평탄도의 둘레 방향 균일성은 웨이퍼 에지만큼 악화되기 쉬워, 더 한층의 개량이 기대된다.
그래서 본 발명은, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 에피택셜층의 평탄도의 둘레 방향 균일성을 높일 수 있는 서셉터를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 이 서셉터를 구비하는 에피택셜 성장 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 추가로 본 발명은, 이 서셉터를 이용한 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법과, 그에 따라 얻어지는 평탄도의 둘레 방향 균일성이 개선된 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명자는 예의 검토했다. 본 발명자는, 도 3에 나타낸 카운터보어부(21)의 개구연(21C)이 4개 원호(곡률 반경(R))를 그리는 서셉터(2)를 이용하여 에피택셜층을 형성했다. 이 서셉터(2)의 카운터보어부(21)의 개구연(21C)과, 실리콘 웨이퍼(W) 간의 거리인 포켓 폭(LP)은 90도 주기로 둘레 방향으로 변동한다. 그리고, 포켓 폭(LP)이 최소가 되는 위치의 각도를 0도로 했을 때에, 90도, 180도, 270도의 각각에서 포켓 폭(LP)이 최소가 됨과 함께, 45도, 135도, 225도, 315도의 각각에서 포켓 폭(LP)이 최대가 된다.
그러면, 얻어진 에피택셜 실리콘 웨이퍼에서는, 45도 주기로 둘레 방향으로 에피택셜층의 평탄도가 변동하는 것이 확인되었다. 이러한 결과가 얻어지는 이유로서, 개구연(21C)이 원호를 그리는 경우, 둘레 방향에 있어서의 포켓 폭의 변동량이 성장 속도 방위 의존성에 완전히 추종할 수 없어, 성장 속도 방위 의존성의 제어가 불충분하기 때문이라고 추정된다. 그래서, 포켓 폭(LP)의 변동량을 보다 적정화하기 위해, 서셉터의 개구연이 타원호를 그리도록 설계한 서셉터를 이용하여 에피택셜 성장을 행한 결과, 서셉터(2)에 비해서도, 성장 속도 방위 의존성을 대폭으로 억제할 수 있었다. 그리고, 동일한 발상이 카운터보어 깊이의 변동량에도 적용되는 것을 본 발명자는 발견하고, 그 효과도 실험적으로 확인되었다. 상기 인식에 기초하여 완성한 본 발명의 요지 구성은 이하와 같다.
<1> 에피택셜 성장 장치 내에서 실리콘 웨이퍼를 올려놓기 위한 서셉터로서,
상기 서셉터에는, 상기 실리콘 웨이퍼가 올려놓여지는 오목 형상의 카운터보어부가 형성되고,
상기 서셉터의 중심과 상기 카운터보어부의 개구연의 사이의 지름 방향 거리가 90도 주기로 둘레 방향으로 변동함과 함께, 상기 지름 방향 거리가 최소가 되는 위치의 각도를 0도로 했을 때에, 90도, 180도, 270도의 각각에서 상기 지름 방향 거리가 최소가 됨과 함께, 45도, 135도, 225도, 315도의 각각에서 상기 지름 방향 거리가 최대가 되고,
상기 서셉터를 상면에서 보았을 때의 상기 개구연이, 지름 방향 외측을 볼록하게 하는 4개의 타원호를 그리는
것을 특징으로 하는 서셉터.
<2> 에피택셜 성장 장치 내에서 실리콘 웨이퍼를 올려놓기 위한 서셉터로서,
상기 서셉터에는, 상기 실리콘 웨이퍼가 올려놓여지는 오목 형상의 카운터보어부가 형성되고,
상기 카운터보어부의 개구연측의, 내주 벽면의 상단과 하단의 높이의 차가 90도 주기로 둘레 방향으로 변동함과 함께, 상기 높이의 차가 최대가 되는 위치의 각도를 0도로 했을 때에, 90도, 180도, 270도의 각각에서 상기 높이의 차가 최대가 됨과 함께, 45도, 135도, 225도, 315도의 각각에서 상기 높이의 차가 최소가 되고,
상기 서셉터의 지름 방향 외측 투영도에 있어서, 상기 카운터보어부의 개구연이, 상기 카운터보어부의 저면측을 볼록하게 하는 4개의 타원호를 그리는
것을 특징으로 하는 서셉터.
<3> 상기 서셉터의 상기 0도의 방향으로 실리콘 웨이퍼의 <110>방위가 위치하도록 실리콘 웨이퍼를 올려놓고 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 에피택셜층을 형성한 에피택셜 실리콘 웨이퍼의, 하기식 [1]:
Figure 112020010126028-pct00001
(상기식 [1] 중, tMax는 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 에피택셜층의 최대 두께이고, tMin은 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 에피택셜층의 최소 두께이고, tAve는 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 에피택셜층의 평균 두께임)
에 따르는 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 상기 에피택셜층의 막두께 분포의 둘레 방향 불균일 지표 Δt0이 0.75％ 이하가 되도록 상기 타원호가 형성되는, 상기 <1> 또는 <2>에 기재된 서셉터.
<4> 에피택셜 성장 장치 내에서 실리콘 웨이퍼를 올려놓기 위한 서셉터로서,
상기 서셉터에는, 상기 실리콘 웨이퍼가 올려놓여지는 오목 형상의 카운터보어부가 형성되고,
상기 서셉터의 중심과 상기 카운터보어부의 개구연의 사이의 지름 방향 거리가 90도 주기로 둘레 방향으로 변동함과 함께, 상기 지름 방향 거리가 최소가 되는 위치의 각도를 0도로 했을 때에, 90도, 180도, 270도의 각각에서 상기 지름 방향 거리가 최소가 됨과 함께, 45도, 135도, 225도, 315도의 각각에서 상기 지름 방향 거리가 최대가 되고,
상기 서셉터를 상면에서 보았을 때의 상기 개구연이, 지름 방향 외측을 볼록하게 하는 4개의 제1 타원호를 그리고,
상기 카운터보어부의 개구연측의, 내주 벽면의 상단과 하단의 높이의 차가 90도 주기로 둘레 방향으로 변동함과 함께, 상기 높이의 차가 최대가 되는 위치의 각도를 0도로 했을 때에, 90도, 180도, 270도의 각각에서 상기 높이의 차가 최대가 됨과 함께, 45도, 135도, 225도, 315도의 각각에서 상기 높이의 차가 최소가 되고,
상기 서셉터의 지름 방향 외측 투영도에 있어서, 상기 카운터보어부의 개구연이, 상기 카운터보어부의 저면측을 볼록하게 하는 4개의 제2 타원호를 그리는
것을 특징으로 하는 서셉터.
<5> 상기 서셉터의 상기 0도의 방향으로 실리콘 웨이퍼의 <110>방위가 위치하도록 실리콘 웨이퍼를 올려놓고 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 에피택셜층을 형성한 에피택셜 실리콘 웨이퍼의, 하기식 [1]:
Figure 112020010126028-pct00002
(상기식 [1] 중, tMax는 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 에피택셜층의 최대 두께이고, tMin은 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 에피택셜층의 최소 두께이고, tAve는 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 에피택셜층의 평균 두께임)
에 따르는 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 상기 에피택셜층의 막두께 분포의 둘레 방향 불균일 지표 Δt0이 0.75％ 이하가 되도록 상기 제1 타원호 및 상기 제2 타원호가 형성되는, 상기 <4>에 기재된 서셉터.
<6> 상기<1> 내지 <5> 중 어느 하나에 기재된 서셉터를 구비하는 에피택셜 성장 장치.
<7> 상기 <1>, <2>, <4> 중 어느 하나에 서셉터의 상기 0도의 방향으로 실리콘 웨이퍼의 <110>방위가 위치하도록, 당해 실리콘 웨이퍼를 올려놓는 공정과,
상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 에피택셜층을 형성하는 공정을 포함하는 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
<8> 실리콘 웨이퍼의 표면에 에피택셜층이 형성된 에피택셜 실리콘 웨이퍼로서,
하기식 [1]:
Figure 112020010126028-pct00003
(상기식 [1] 중, tMax는 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 에피택셜층의 최대 두께이고, tMin은 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 에피택셜층의 최소 두께이고, tAve는 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 에피택셜층의 평균 두께임)
에 따르는 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 상기 에피택셜층의 막두께 분포의 둘레 방향 불균일 지표 Δt0이 0.75％ 이하인 것을 특징으로 하는 에피택셜 실리콘 웨이퍼.
본 발명에 의하면, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 에피택셜층의 평탄도의 둘레 방향 균일성을 높일 수 있는 서셉터를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 이 서셉터를 구비하는 에피택셜 성장 장치를 제공할 수 있다. 추가로 본 발명에 의하면, 이 서셉터를 이용한 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법과, 그에 따라 얻어지는 평탄도의 둘레 방향 균일성이 개선된 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 공지의 서셉터의 개략 평면도 및 그 A-A 단면도이다.
도 2는 주면을 {100}면으로 하는 실리콘 웨이퍼의 결정 방위를 설명하는 개략도이다.
도 3은 카운터보어부의 개구연이 4개의 원호를 그리는 서셉터의 개략도이다.
도 4a는 본 발명의 제1 실시 형태에 따르는 서셉터의 개략 평면도이다.
도 4b는 도 4A의 0도∼90도 범위 근방의 확대 개략도이다.
도 4c는 도 4a에 있어서의 B-B 단면도이다.
도 4d는 도 4a에 있어서의 C-C 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 제2 실시 형태에 따르는 서셉터의 개략 평면도이다.
도 5b는 도 5a의 지름 방향 외측 투영도에 있어서의 카운터보어부의 개구연의 궤적의 개략도이다.
도 5c는 도 5a에 있어서의 D-D 단면도이다.
도 5d는 도 5a에 있어서의 E-E 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 따르는 서셉터의 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따르는 서셉터를 구비하는 에피택셜 성장 장치이다.
도 8a는 실시예 1, 비교예 1 및 종래예 1에 의한 서셉터의, 둘레 방향 각도와, 서셉터 중심에서 카운터보어부의 개구연까지의 지름 방향 거리의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8b는 실시예 1, 비교예 1 및 종래예 1에 의한 서셉터를 이용하여 얻어진 에피택셜 실리콘 웨이퍼의, 에지 1㎜의 위치에 있어서의 에피택셜층의 둘레 방향 막두께 분포를 나타내는 그래프이다.
도 8c는 실시예 1, 비교예 1 및 종래예 1에 의한 서셉터를 이용하여 얻어진 에피택셜 실리콘 웨이퍼의, 에지 1㎜의 위치에 있어서의 에피택셜층의 둘레 방향 막두께 분포의 두께 평균 tAve에 대한 상대값 Δtθ를 나타내는 그래프이다.
도 9a는 실시예 2, 비교예 2 및 종래예 1에 의한 서셉터의, 둘레 방향 각도와, 숄더 높이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9b는 실시예 2, 비교예 2 및 종래예 1에 의한 서셉터를 이용하여 얻어진 에피택셜 실리콘 웨이퍼의, 에지 1㎜의 위치에 있어서의 에피택셜층의 둘레 방향 막두께 분포를 나타내는 그래프이다.
도 9c는 실시예 2, 비교예 2 및 종래예 1에 의한 서셉터를 이용하여 얻어진 에피택셜 실리콘 웨이퍼의, 에지 1㎜의 위치에 있어서의 에피택셜층의 둘레 방향 막두께 분포의 두께 평균 tAve에 대한 상대값 Δtθ를 나타내는 그래프이다.
도 10a는 실시예 1, 2, 비교예 1, 2 및 종래예 1에 의한 서셉터를 이용하여 얻어진 에피택셜 실리콘 웨이퍼의, 에지 1㎜의 위치에 있어서의 에피택셜층의 둘레 방향 막두께 분포를 나타내는 그래프이다.
도 10b는 실시예 1, 2, 비교예 1, 2 및 종래예 1에 의한 서셉터를 이용하여 얻어진 에피택셜 실리콘 웨이퍼의, 에지 1㎜의 위치에 있어서의 에피택셜층의 둘레 방향 막두께 분포의 두께 평균 tAve에 대한 상대값 Δtθ를 나타내는 그래프이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 도면을 참조하여, 본 발명에 따르는 서셉터 및 그것을 구비하는 에피택셜 성장 장치를 설명한다. 또한, 본 발명에 따르는 서셉터를 이용한 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법 및 그에 따라 얻어지는 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 설명한다. 도 4a∼4d, 도 5a∼5d, 도 6, 도 7은 설명의 편의상, 각 구성의 종횡비를 과장하여 표기하고 있고, 실제의 비율과는 상이하다.
또한, 본 명세서에 있어서, 「타원호」, 「주기」, 「각도」, 「대칭」, 「일정」의 기재가 수학적 및 기하학인 의미에서의 엄밀성을 요건으로 하는 것이 아닌 것은 당연히 이해되고, 서셉터 제작에 수반하는 불가피의 치수 공차 및 기하 공차는 허용된다.
(제1 실시 형태에 의한 서셉터)
도 4a∼도 4d를 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 따르는 서셉터(100)를 설명한다. 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 서셉터(100)는, 에피택셜 성장 장치 내에서 실리콘 웨이퍼(W)를 올려놓기 위한 서셉터이다. 서셉터(100)에는, 실리콘 웨이퍼(W)가 올려놓여지는 오목 형상의 카운터보어부(110)가 형성되고, 서셉터(100)의 중심과 카운터보어부(110)의 개구연(110C)의 사이의 지름 방향 거리(L)가 90도 주기로 둘레 방향으로 변동한다. 그리고, 지름 방향 거리(L)가 최소가 되는 위치의 각도를 0도로 했을 때에, 90도, 180도, 270도의 각각에서 지름 방향 거리(L)가 최소가 됨과 함께, 45도, 135도, 225도, 315도의 각각에서 지름 방향 거리(L)가 최대가 된다. 그 때문에, 지름 방향 거리(L)의 변동에 추종하여, 포켓 폭(Lp)도 변동하게 된다. 또한, 서셉터(100)를 상면에서 보았을 때의 개구연(110C)이, 지름 방향 외측을 볼록하게 하는 4개의 타원호를 그린다. 지름 방향 거리(L)가 90도 주기로 둘레 방향으로 변동하기 때문에, 상기 4개의 타원호는 4회 회전 대칭의 관계에 있다. 또한, 도 4a에서는 도면의 간략화를 위해, 타원호를 구성하는 타원을 1개만 도시하고 있다.
도 4b에, 도 4a의 0도∼90도 범위 근방의 확대 개략도를 나타낸다. 개구연(110C)은, 지름 방향 외측을 볼록하게 하는 타원호를 그리고, 0도 및 90도의 위치에서 지름 방향 거리(L)가 최솟값(L1)이 되고, 또한, 45도의 위치에서 지름 방향 거리(L)가 최댓값(L2)이 된다(도 4c, 도 4d도 참조). 도 4a, 도 4b를 참조하면, 45도의 방향과 타원호의 단축 방향이 일치하게 된다. 또한, 도 4b에는, 당해 타원호와 대비하기 위해 원호(곡률 반경(R), 일점쇄선으로 도시)를 도시했다. 이 원호는, 0도(지름 방향 거리(L)가 최소), 45도(지름 방향 거리(L)가 최대) 및 90도(지름 방향 거리(L)가 최소)의 위치에서 서셉터 중심으로부터의 지름 방향 거리(L)가 타원호와 일치한다. 이 원호와 비교하면, 타원호를 구성하는 타원(이점쇄선으로 도시)은 원호를 구성하는 반경(R)의 원보다도 편평하게 된다. 그리고, 0도의 위치로부터의 지름 방향 거리(L)의 변동률은, 원호인 경우의 변동률에 비해 크다. 또한, 지름 방향 거리(L)가 최대가 되는 45도의 위치에서, 당해 원호는 개구연(110C)이 그리는 타원호에 내접하고 있다.
도 4c에 나타내는 바와 같이, 0도의 위치에서 서셉터(100)의 포켓 폭(Lp1)이 최소가 되고, 도 4d에 나타내는 바와 같이 45도의 위치에서 서셉터(100)의 포켓 폭(Lp2)이 최대가 된다. 종래 알려진 바와 같이, 서셉터(100)의 포켓 폭(LP)이 넓어지면, 실리콘 소스 가스가 실리콘 웨이퍼(W)의 주연부에 원활하게 공급되기 쉬워져, 주연부의 에피택셜층 성장 속도가 빨라진다. 이에 대하여, 서셉터(100)의 포켓 폭(Lp)이 좁아지면 반대의 현상이 되어 성장 속도가 느려진다. 그 때문에, 둘레 방향에 있어서의 0도 및 0도 근방에서는 에피택셜층 성장 속도가 느리고, 한편, 둘레 방향에 있어서의 45도 및 45도 근방에서는 에피택셜층 성장 속도가 빨라진다. 그리고, 개구연(110C)이 상기한 타원호를 그리기 때문에, 포켓 폭(LP) 및 서셉터 중심으로부터의 지름 방향 거리(L)의 변화량도 그 타원호의 형상에 추종하게 된다.
그래서, 실리콘 웨이퍼(W)의 <110>방위가 서셉터(100)의 0도, 90도, 180도, 270도의 방향에 위치하도록 실리콘 웨이퍼(W)를 올려놓으면, 성장 속도 방위 의존성을 매우 효과적으로 억제할 수 있다. 그리고, 이렇게 하여 성장 속도 방위 의존성을 억제하여 에피택셜 성장을 행하면, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 에피택셜층의 평탄도의 둘레 방향 균일성을 높일 수 있다. 또한, 상기와 같이, 실리콘 웨이퍼(W)의 <110>방위가 서셉터(100)의 0도, 90도, 180도, 270도의 방향에 위치하도록 실리콘 웨이퍼(W)를 올려놓으면, 실리콘 웨이퍼(W)의 <100>방위가 서셉터(100)의 45도, 135도, 225도, 315도의 방향에 위치하게 된다.
서셉터(100)와, 실리콘 웨이퍼(W)의 지름 방향 거리인 포켓 폭(Lp)을 1㎜∼4㎜의 범위에서 변동하도록, 전술한 타원호를 구성하는 것이 바람직하다. 이 포켓 폭(Lp)의 범위는 실리콘 웨이퍼의 직경은 한정되지 않고, 직경 150㎜∼450㎜라도 동(同)정도의 범위에서 변동시키면 좋다. 또한, 예를 들면 실리콘 웨이퍼의 직경이 300㎜(반경 150㎜)인 경우, 이 포켓 폭(Lp)에 대응하는 지름 방향 거리(L)는 151㎜∼154㎜가 된다.
타원호를 구성하는 타원의 장경(장축의 길이) 및 단경(단축의 길이)과, 타원호의 현의 관계는, 전술한 각도 위치에서의 지름 방향 거리(L)의 최대 및 최소 관계를 만족하도록 타원호를 형성하는 한은 한정되지 않는다. 단, 이 조건을 만족하는 타원호의 타원 조건(장경 및 단경, 단축 방향 그리고 타원호의 현)은 기하학적 위치 관계에 의해 대체로 정해진다. 단, 서셉터(100)의 0도 방향으로 실리콘 웨이퍼의 <110>방위가 위치하도록 실리콘 웨이퍼(W)를 올려놓고 실리콘 웨이퍼(W)의 표면에 에피택셜층을 형성한 에피택셜 실리콘 웨이퍼의, 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 상기 에피택셜층의 막두께 분포의 둘레 방향 불균일 지표 Δt0이 0.75％ 이하가 되도록 타원호가 형성되는 것이 바람직하다. 여기에서, 둘레 방향 불균일 지표 Δt0은, 하기식 [1]:
Figure 112020010126028-pct00004
(식 [1] 중, tMax는 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 에피택셜층의 최대 두께이고, tMin은 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 에피택셜층의 최소 두께이고, tAve는 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 에피택셜층의 평균 두께임)에 의해 정의된다. 또한, 이러한 타원호로 하기 위해서는, 보다 바람직하게는 타원호를 구성하는 타원의 장경은 카운터보어부(110)의 최대 개구경의 1/2 이상이다. 또한, 둘레 방향 불균일 지표 Δt0을 0.70％ 이하가 되도록 타원호를 형성하는 것이 보다 바람직하고, 0.65％ 이하가 되도록 타원호를 형성하는 것이 더욱 바람직하다. 하한이 한정되는 것은 아니지만, 본 실시 형태에 따라 둘레 방향 불균일 지표 Δt0을 0.10％ 이상으로 할 수 있다.
또한, 도 4c, 도 4d에서는, 지름 방향 거리(L)를 둘레 방향으로 변동시키기 위해(이 결과, 필연적으로 포켓 폭(Lp)도 둘레 방향으로 변동하게 됨), 도 4d에서는, 카운터보어의 개구연(110C)측에 평탄면(110D)을 형성한 경우를 예시하고 있다. 그러나, 지름 방향 거리(L)가 둘레 방향으로 변동하는 한은, 이러한 평탄면(110D)을 형성하는 것 이외에, 실리콘 웨이퍼(W)가 서셉터(100)와 접촉하는 부분인 레지부(110L)의 경사각을 변동시키는 등 해도 상관없다. 아울러, 카운터보어 벽의 각도 변경, 서셉터의 열용량, 서셉터의 카운터보어 근방 표면 부분 요철 등의 제어 부재의 주기를 변화시켜도 좋다.
또한, 도 4a∼도 4d에서는, 서셉터(100)의 카운터보어부(110)의 개구연(110C)측의, 내주 벽면(110A)의 상단(개구연(110C))과 하단의 높이의 차(H)(소위 카운터보어 깊이)는 H0으로 일정하다고 도시하고 있고, 이 때문에, 숄더 높이(HW0)도 일정하다. 그러나 제3 실시 형태에 있어서 후술하는 바와 같이, 제1 실시 형태의 서셉터(100)에 있어서 높이의 차(H) 및 숄더 높이(HW0)는 일정할 필요는 없고, 변동해도 상관없다.
(제2 실시 형태에 의한 서셉터)
도 5a∼도 5d를 참조하여, 본 발명의 제2 실시 형태에 따르는 서셉터(200)를 설명한다. 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 서셉터(200)는, 에피택셜 성장 장치 내에서 실리콘 웨이퍼(W)를 올려놓기 위한 서셉터이다. 서셉터(200)에는, 실리콘 웨이퍼(W)가 올려놓여지는 오목 형상의 카운터보어부(210)가 형성되고, 카운터보어부(210)의 개구연(210C)측의, 내주 벽면(210A)의 상단(개구연(210C)에 상당)과 하단의 높이의 차(H)가 90도 주기로 둘레 방향으로 변동함과 함께, 높이의 차(H)가 최대가 되는 위치의 각도를 0도로 했을 때에, 90도, 180도, 270도의 각각에서 높이의 차(H)가 최대가 됨과 함께, 45도, 135도, 225도, 315도의 각각에서 높이의 차(H)가 최소가 된다. 또한, 서셉터(200)의 지름 방향 외측 투영도에 있어서, 카운터보어부(210)의 개구연(210C)이, 카운터보어부(210)의 저면측을 볼록하게 하는 4개의 타원호를 그린다.
도 5b에, 도 5a에 있어서의 개구연(210)의, 서셉터(200)의 지름 방향 외측 투영도를 나타낸다. 또한, 도 5b에 있어서의 실선은 타원호이고, 파선이 원호이다. 이 타원호는 도 4b를 이용하여 상술한 바와 동일하게, 원호에 대하여 편평하고, 0도의 위치로부터의 높이의 차(H)의 변동률은, 원호인 경우의 변동률에 비해 크다. 또한, 지름 방향 외측 투영도에 있어서의 4개의 타원호는, 도 4b에 나타낸 타원호와, 서셉터 중심에 대하여 90도의 회전 대칭의 관계에 있다. 도 5c, 도 5d를 아울러 참조하면, 0도, 90도, 180도, 270도의 위치에서 높이의 차(H)가 최댓값(H1)이 되고, 또한, 45도, 135도, 225도, 315도의 위치에서 높이의 차(H)가 최솟값(H2)이 된다. 또한, 도 5b에 있어서의 타원호를 구성하는 타원의 단축 방향은 연직 방향과 일치하게 된다.
종래 알려진 바와 같이, 서셉터(200)의 카운터보어 깊이가 얕아지면 실리콘 소스 가스가 웨이퍼 주연부에 원활하게 공급되게 되어, 주연부의 에피택셜층 성장 속도가 빨라진다. 즉, 숄더 높이라고도 불리우는 실리콘 웨이퍼(W)의 표면과 서셉터의 개구연(210C)의 높이의 차(Hw), 나아가서는 상기의 높이의 차(H)가 작아지면, 주연부의 에피택셜층 성장 속도가 빨라진다. 이에 대하여, 서셉터의 카운터보어 깊이가 깊어지면 반대의 현상이 되어 성장 속도가 느려진다. 즉, 숄더 높이차(Hw), 나아가서는 상기의 높이의 차(H)가 커지면 주연부의 에피택셜층 성장 속도가 느려진다. 그 때문에, 둘레 방향에 있어서의 0도 및 0도 근방에서는 에피택셜층 성장 속도가 느리고, 한편, 둘레 방향에 있어서의 45도 및 45도 근방에서는 에피택셜층 성장 속도가 빨라진다. 그리고, 개구연(210C)이 지름 방향 외측 투영도에 있어서 타원호를 그리기 때문에, 높이의 차(H)도 그 타원호의 형상에 따르게 된다.
그래서, 실리콘 웨이퍼(W)의 <110>방위가 서셉터(100)의 0도, 90도, 180도, 270도의 방향에 위치하도록 실리콘 웨이퍼(W)를 올려놓으면, 전술한 제1 실시 형태와 동일하게, 성장 속도 방위 의존성을 매우 효과적으로 억제할 수 있다. 그리고, 이렇게 하여 성장 속도 방위 의존성을 억제하고 에피택셜 성장을 행하면, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 에피택셜층의 평탄도의 둘레 방향 균일성을 높일 수 있다.
지름 방향 투영도에 있어서 타원호를 구성하는 타원의 장경(장축의 길이) 및 단경(단축의 길이)과, 타원호의 현의 관계는, 전술한 각도 위치에서의 높이의 차(H)의 최대 및 최소 관계를 만족하도록 타원호를 형성하는 한은 한정되지 않는다. 또한, 이 조건을 만족하는 타원호는 기하학적 위치 관계에 의해 대체로 정해진다. 단, 서셉터(200)의 0도 방향으로 실리콘 웨이퍼의 <110>방위가 위치하도록 실리콘 웨이퍼(W)를 올려놓고 실리콘 웨이퍼(W)의 표면에 에피택셜층을 형성한 에피택셜 실리콘 웨이퍼의, 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 상기 에피택셜층의 막두께 분포의 둘레 방향 불균일 지표 Δt0이 0.75％ 이하가 되도록 상기 타원호가 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 둘레 방향 불균일 지표 Δt0은 전술한 식 [1]에 의해 정의된다. 또한, 둘레 방향 불균일 지표 Δt0을 0.70％ 이하가 되도록 타원호를 형성하는 것이 보다 바람직하고, 0.65％ 이하가 되도록 타원호를 형성하는 것이 더욱 바람직하다. 하한이 한정되는 것은 아니지만, 본 실시 형태에 따라 둘레 방향 불균일 지표 Δt0을 0.10％ 이상으로 할 수 있다.
또한, 도 5c, 도 5d에서는, 높이의 차(H)를 둘레 방향으로 변동시키기 위해(이 결과, 필연적으로 숄더 높이(Hw)도 둘레 방향으로 변동하게 됨), 도 5d에서는, 서셉터(200)의 주연부의 상단면의 두께를 변동시킨 경우를 예시하고 있지만, 다른 수법에 의해 높이의 차(H)를 둘레 방향으로 변동시켜도 좋다. 또한, 높이의 차(H)의 변동 폭(숄더 높이(Hw)의 변동 폭과 동일함)을 0.20㎜∼0.40㎜ 정도로 하는 것이 바람직하다.
또한, 도 5a∼도 5d에서는, 서셉터(200)의 중심과 카운터보어부(210)의 개구연(210C)의 사이의 지름 방향 거리(L)는 L0으로 일정하다고 도시하고 있고, 이 때문에, 포켓 폭(PW0)도 일정하다. 그러나, 제3 실시 형태에 있어서 후술하는 바와 같이, 제2 실시 형태의 서셉터(200)에 있어서 높이의 차(H) 및 숄더 높이(HW0)는 일정할 필요는 없고, 변동해도 상관없다.
(제3 실시 형태에 의한 서셉터)
전술한 바와 같이, 제1 실시 형태의 서셉터(100)에 있어서 높이의 차(H)의 변동은 있어도 좋고, 제2 실시 형태의 서셉터(200)에 있어서 지름 방향 거리(L)의 변동은 있어도 좋다. 이 경우, 제1 실시 형태에 의한 지름 방향 거리(L)의 변동과, 제2 실시 형태에 의한 높이의 차(H)의 변동이 연동하고 있는 것이 바람직하다. 즉, 제3 실시 형태에 의한 서셉터는, 실리콘 웨이퍼가 올려놓여지는 오목 형상의 카운터보어부가 형성되고, 서셉터의 중심과 카운터보어부의 개구연의 사이의 지름 방향 거리가 90도 주기로 둘레 방향으로 변동함과 함께, 지름 방향 거리(L)가 최소가 되는 위치의 각도를 0도로 했을 때에, 90도, 180도, 270도의 각각에서 지름 방향 거리(L)가 최소가 됨과 함께, 45도, 135도, 225도, 315도의 각각에서 지름 방향 거리(L)가 최대가 되고, 서셉터를 상면에서 보았을 때의 개구연이, 지름 방향 외측을 볼록하게 하는 4개의 제1 타원호를 그린다. 또한, 이 서셉터에 있어서, 카운터보어부의 개구연측의, 내주 벽면의 상단과 하단의 높이의 차(H)가 90도 주기로 둘레 방향으로 변동함과 함께, 높이의 차(H)가 최대가 되는 위치의 각도를 0도로 했을 때에, 90도, 180도, 270도의 각각에서 높이의 차(H)가 최대가 됨과 함께, 45도, 135도, 225도, 315도의 각각에서 높이의 차(H)가 최소가 되어, 서셉터의 지름 방향 외측 투영도에 있어서, 카운터보어부의 개구연이, 카운터보어부의 저면측을 볼록하게 하는 4개의 제2 타원호를 그린다.
제1 타원호의 조건은 제1 실시 형태에 이미 서술한 바와 같고, 제2 타원호의 조건은 제2 실시 형태에 이미 서술한 바와 같다. 제1 타원호를 구성하는 타원의 편평률과, 제2 타원호를 구성하는 타원의 편평률을 적절히 조정하여, 성장 속도 방위 의존성을 억제할 수 있도록 각각의 타원호를 형성하면 좋다. 특히, 이 서셉터의 0도의 방향으로 실리콘 웨이퍼의 <110>방위가 위치하도록 실리콘 웨이퍼를 올려놓고 실리콘 웨이퍼의 표면에 에피택셜층을 형성한 에피택셜 실리콘 웨이퍼의, 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 상기 에피택셜층의 막두께 분포의 둘레 방향 불균일 지표 Δt0이 0.75％ 이하가 되도록 제1 타원호 및 제2 타원호를 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 둘레 방향 불균일 지표 Δt0은 전술한 식 [1]에 의해 정의된다. 또한, 둘레 방향 불균일 지표 Δt0을 0.70％ 이하가 되도록 제1 타원호 및 제2 타원호를 형성하는 것이 보다 바람직하고, 0.65％ 이하가 되도록 제1 타원호 및 제2 타원호를 형성하는 것이 더욱 바람직하다. 하한이 한정되는 것은 아니지만, 본 실시 형태에 따라 둘레 방향 불균일 지표 Δt0을 0.10％ 이상으로 할 수 있다.
그리고, 이 서셉터의 0도의 방향으로 실리콘 웨이퍼의 <110>방위가 위치하도록 실리콘 웨이퍼를 올려놓고 실리콘 웨이퍼의 표면에 에피택셜층을 형성하면, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 에피택셜층의 평탄도의 둘레 방향 균일성을 높일 수 있다.
이하, 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태에 의한 서셉터의 적합한 구체적 태양(態?)에 대해서 설명한다.
서셉터의 소재로서는, 에피택셜막의 형성 시, 서셉터로부터의 오염을 저감하기 위해, 탄소 기재의 표면에 실리콘 카바이드(SiC)를 코팅한 것을 이용하는 것이 일반적이다. 그러나, 서셉터 전체가 SiC로 형성되어도 좋고, 서셉터 표면이 SiC로 코팅되어 있으면, 내부에는 다른 재료를 포함하여 서셉터가 구성되어도 좋다. 또한, 서셉터 표면이 실리콘막으로 피복되어 있는 것도 바람직한 태양이다. 서셉터로부터 에피택셜막으로의 오염을 방지할 수 있다.
도 4c, 4d, 도 5c, 도 5d에서는, 서셉터와 실리콘 웨이퍼(W)가 접촉하는 레지부(110L, 210L)를 테이퍼 형상의 경사면으로 하고 있다. 이 태양은 실리콘 웨이퍼(W)와 서셉터가 점접촉이 되어, 접촉 면적이 작아지기 때문에 바람직한 태양의 하나이다. 한편, 서셉터와 실리콘 웨이퍼(W)가 접촉하는 부분(레지부)은 반드시 경사면일 필요는 없고, 수평면이라도 상관없다. 이 경우, 당해 수평면과 실리콘 웨이퍼(W)가 면 접촉하여 실리콘 웨이퍼(W)를 지지할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에 따르는 서셉터에 있어서, 카운터보어부의 저면(110B, 210B)에, 실리콘 웨이퍼를 올려놓을 때에 승강 리프트 핀을 삽입 통과하여 실리콘 웨이퍼(W)를 승강시키기 위한 리프트 핀 관통 구멍이 통상 형성된다(도시하지 않음). 또한, 저면(110B, 210B)으로부터 서셉터의 이면측에 관통하는 관통 구멍이 1개소 또는 복수 개소 형성되어 있어도 좋다. 서셉터의 카운터보어부에 실리콘 웨이퍼(W)를 로딩할 때에, 서셉터와 실리콘 웨이퍼의 사이의 가스를 서셉터의 이면측에 배출하는 데에 유용하다.
또한, 상기 실시 형태에 따르는 서셉터에 있어서, 카운터보어부의 내주 벽면의 형상은 여러 가지의 태양을 취할 수 있다. 도 4c, 4d, 도 5c, 도 5d에서는, 내주 벽면(110A, 210A)은 실리콘 웨이퍼(W)에 대하여 수직면으로서 도시했지만, 도 6에 나타내는 바와 같이 개구연(310C)측의 내주 벽면(310A)은 경사면이라도 좋다.
(에피택셜 성장 장치)
또한, 본 발명에 따르는 에피택셜 성장 장치는, 전술한 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태에 따르는 서셉터를 구비한다. 예를 들면 도 7에 나타내는 바와 같이, 이 에피택셜 성장 장치(150)는, 기밀성을 보존유지하기 위한 어퍼 라이너(151) 및 로우어 라이너(152)를 구비할 수 있고, 어퍼 돔(153), 로우어 돔(154)에 의해 에피택셜 성장로를 구획할 수 있다. 그리고, 이 에피택셜 성장로의 내부에 실리콘 웨이퍼(W)를 수평으로 올려놓기 위한 서셉터(100)가 형성되어 있다. 대구경의 에피택셜 웨이퍼를 제조하는 경우에는, 도 7에 나타낸 바와 같은, 매엽식의 기상 성장 장치를 이용하는 것이 일반적이다. 또한, 도 7에서는 제1 실시 형태에 따르는 서셉터(100)를 도시했지만, 이를 바꾸어, 제2 실시 형태 또는 제3 실시 형태에 따르는 서셉터를 에피택셜 성장 장치에 적용 가능한 것은 물론이다.
(에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법)
또한, 본 발명에 따르는 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법은, 전술한 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태에 의한 서셉터의 0도의 방향으로 실리콘 웨이퍼의 <110>방위가 위치하도록, 실리콘 웨이퍼를 올려놓는 공정과, 실리콘 웨이퍼의 표면에 에피택셜층을 형성하는 공정을 포함한다. 올려놓는 공정은 승강 리프트 핀을 이용하고, 에피택셜층을 형성하는 적합은 일반적인 기상 성장 조건에서 실리콘 소스 가스를 실리콘 웨이퍼 표면으로 분사하는 등의, 상법에 따라 행할 수 있다.
(에피택셜 실리콘 웨이퍼)
또한, 상기 제조 방법에 따름으로써, 실리콘 웨이퍼의 표면에 에피택셜층이 형성된 에피택셜 실리콘 웨이퍼로서, 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 상기 에피택셜층의 막두께 분포의 둘레 방향 불균일 지표 Δt0이 0.75％ 이하인 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있다. 또한, 둘레 방향 불균일 지표 Δt0은 전술한 식 [1]에 의해 정의된다. 이러한 둘레 방향 균일성이 우수한 에피택셜 실리콘 웨이퍼는, 제1 내지 제3 실시 형태에 의한 서셉터를 이용함으로써 비로소 실현될 수 있다. 또한, 둘레 방향 불균일 지표 Δt0을 0.70％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.65％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 하한이 한정되는 것은 아니지만, 본 실시 형태에 따라 둘레 방향 불균일 지표 Δt0을 0.10％ 이상으로 할 수 있다.
실시예
<실험예 1>
우선, 이하에 설명하는 종래예 1, 비교예 1, 실시예 1에 따른 서셉터를 제작했다. 그리고, 이들 3종의 서셉터를 이용하여, 웨이퍼 성장면을 (100)면으로 하는 붕소 도프된 직경 300㎜의 실리콘 웨이퍼의 표면에, 실리콘 에피택셜층을 에피택셜 성장시켜, 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 얻었다.
또한, 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조에 있어서, 실리콘 웨이퍼를 에피택셜막 형성 실내에 도입하고, 리프트 핀을 이용하여 서셉터 위에 올려놓았다. 이어서, 1130℃에서, 수소 가스를 공급하고, 수소 베이킹을 행한 후, 1130℃에서, 실리콘의 에피택셜막을 4㎛ 성장시켜 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 얻었다. 여기에서, 원료 소스 가스로서는 트리클로로실란가스를 이용하고, 또한, 도펀트 가스로서 디보란 가스, 캐리어 가스로서 수소 가스를 이용했다.
(종래예 1)
서셉터 중심에서 카운터보어부의 개구연까지의 지름 방향 거리(L)와, 카운터보어 깊이를 일정(포켓 폭(Lp) 그리고 높이의 차(H) 및 숄더 높이(Hw)도 일정함)하게 하는 서셉터를 준비했다. 또한, 숄더 높이(Hw)는 0.80㎜로 했다. 비교예 1에 따른 서셉터를 상면에서 보면, 개구연은 단일의 원호를 그린다.
(비교예 1)
서셉터 중심에서 카운터보어부의 개구연까지의 지름 방향 거리(L)를 표 1 및 도 8a에 나타내는 변동량으로 90도 주기로 변화시킨 서셉터를 준비했다. 비교예 1에 따른 서셉터를 상면에서 보면, 개구연은 4개의 원호를 그린다. 또한, 카운터보어 깊이를 일정(높이의 차(H) 및 숄더 높이(Hw)도 일정해짐)하게 하고, 종래예 1과 동일하게, 숄더 높이(Hw)를 0.80㎜로 했다.
(실시예 1)
서셉터 중심에서 카운터보어부의 개구연까지의 지름 방향 거리(L)를 표 1 및 도 8a에 나타내는 변동량으로 90도 주기로 변화시킨 서셉터를 준비했다. 비교예 1에 따른 서셉터를 상면에서 보면, 개구연은 4개의 타원호를 그린다. 또한, 카운터보어 깊이를 일정(높이의 차(H) 및 숄더 높이(Hw)도 일정해짐)하게 하고, 종래예 1과 동일하게, 숄더 높이(Hw)를 0.80㎜로 했다.
Figure 112020010126028-pct00005
<평가>
종래예 1, 비교예 1, 실시예 1의 각각의 서셉터를 이용하여 제작한 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 웨이퍼 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향 막두께 분포를, 막두께 측정 장치(나노메트릭스사 제조: QS3300)를 이용하여 측정했다. 결과를 도 8b의 그래프에 나타낸다. 이 그래프로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1에 따른 서셉터를 이용함으로써, 둘레 방향 막두께 분포의 균일성을 매우 양호한 것으로 한 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 8b의 그래프를 에피택셜층의 평균 막두께에 대하여 상대화한 그래프, 즉, 에피택셜층의 둘레 방향 막두께 분포의 두께 평균 tAve에 대한, 각도 θ에 있어서의 두께의 상대값 Δtθ에 의해 나타낸 그래프를 도 8c에 나타낸다. 또한, Δtθ는 하기식 [2]에 따른다. 또한, 세로축은 ％ 표시로 하고 있다.
Figure 112020010126028-pct00006
여기에서, 식 [2] 중, tθ는 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 각도 θ의 위치에서의 에피택셜층의 두께이고, tAve는 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 에피택셜층의 평균 두께이다.
도 8c의 그래프로부터도, 실시예 1에 따른 서셉터를 이용함으로써, 둘레 방향 막두께 분포의 균일성을 매우 양호한 것으로 한 것을 확인할 수 있다.
또한, 비교예 1에서는 막두께 분포로 45도 주기에서의 변동이 보인다. 이는, 개구연이 원호 형상인 경우, 포켓 폭의 변동률이 부족하여, 에피택셜층의 성장 속도가 부족해 버리기 때문이라고 생각된다. 한편, 실시예 1에서는 비교예 1에 비해 포켓 폭의 변동률이 급준(急峻)이 되기 때문에, 실리콘 웨이퍼의 성장 속도 방위 의존성에 추종하여 에피택셜층을 성장시킬 수 있었다고 생각된다.
<실험예 2>
실험예 1에서 이용한 종래예 1에 의한 서셉터에 더하여, 이하에 설명하는 비교예 2, 실시예 2에 따른 서셉터를 제작했다. 그리고, 이들 3종의 서셉터를 이용하여, 실험예 1과 동일하게, 붕소 도프된 직경 300㎜의 실리콘 웨이퍼의 표면에, 실리콘 에피택셜층을 에피택셜 성장시켜, 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 얻었다.
(비교예 2)
둘레 방향에 있어서의 숄더 높이(Hw)를 표 2 및 도 9a에 나타내는 변동량으로 90도 주기로 변화시킨 서셉터를 준비했다. 비교예 2에 따른 서셉터의 지름 방향 외측 투영도에 있어서, 카운터보어부의 개구연이, 카운터보어부의 저면측을 볼록하게 하는 4개의 원호를 그리게 된다. 또한, 서셉터 중심에서 카운터보어의 개구연까지의 지름 방향 거리(L)는 일정하고, 151.25㎜(포켓 폭 1.25㎜)로 했다.
(실시예 2)
둘레 방향에 있어서의 숄더 높이(Hw)를 표 2 및 도 9a에 나타내는 변동량으로 90도 주기로 변화시킨 서셉터를 준비했다. 실시예 2에 따른 서셉터의 지름 방향 외측 투영도에 있어서, 카운터보어부의 개구연이, 카운터보어부의 저면측을 볼록하게 하는 4개의 타원호를 그리게 된다. 또한, 서셉터 중심에서 카운터보어의 개구연까지의 지름 방향 거리(L)는 일정하고, 151.25㎜(포켓 폭 1.25㎜)로 했다.
Figure 112020010126028-pct00007
<평가>
종래예 1, 비교예 2, 실시예 2의 각각의 서셉터를 이용하여 제작한 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 웨이퍼 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향 막두께 분포를, 막두께 측정 장치(나노메트릭스사 제조: QS3300)를 이용하여 측정했다. 결과를 도 9b의 그래프에 나타낸다. 이 그래프로부터 분명한 바와 같이, 실시예 2에 따른 서셉터를 이용함으로써, 둘레 방향 막두께 분포의 균일성을 매우 양호한 것으로 한 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 8b와 도 8c의 관계와 동일하게, 도 9b의 그래프를 에피택셜층의 평균 막두께에 대하여 상대화한 그래프, 즉, 에피택셜층의 둘레 방향 막두께 분포의 두께 평균 tAve에 대한, 각도 θ에 있어서의 두께의 상대값 Δtθ에 의해 나타낸 그래프를 도 9c에 나타낸다. 또한, Δtθ는 전술한 식 [2]에 따른다. 또한, 세로축은 도 8c와 동일하게, ％ 표시로 하고 있다.
도 9c의 그래프로부터도, 실시예 1에 따른 서셉터를 이용함으로써, 둘레 방향 막두께 분포의 균일성을 매우 양호한 것으로 한 것을 확인할 수 있다.
또한, 비교예 2에서는 비교예 1과 동일하게, 막두께 분포에 45도 주기에서의 변동이 보였다. 이는, 개구연이 원호 형상인 경우, 숄더 높이의 변동률이 부족하여, 에피택셜층의 성장 속도가 부족해 버리기 때문이라고 생각된다. 한편, 실시예 2에서는 비교예 2에 비해 숄더 높이의 변동률이 급준이 되기 때문에, 실리콘 웨이퍼의 성장 속도 방위 의존성에 추종하여 에피택셜층을 성장시킬 수 있었다고 생각된다.
이상의 종래예 1, 비교예 1, 2, 실시예 1, 2에 따른 서셉터를 이용하여 제작한 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 웨이퍼 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향 막두께 분포를 도 10a의 그래프에 나타낸다. 또한, 도 10a의 그래프를 에피택셜층의 평균 막두께에 대하여 상대화한 그래프를 도 10b에 나타낸다. 실시예 1과 같이 포켓 폭을 변동시켜도, 실시예 2와 같이 숄더 높이를 변동시켜도, 양호한 결과가 얻어지는 것이 확인된다.
또한, 실시예 1, 2, 비교예 1, 2 및 종래예 1의 막두께 분포의 둘레 방향 불균일 지표 Δt0(전술한 식 [1]에 따름)을 하기표 3에 나타낸다. 실시예 1, 2에 의해, 종래에서는 불가능했던 수준으로, 둘레 방향 불균일 지표의 매우 작은 에피택셜 실리콘 웨이퍼가 얻어진 것을 확인할 수 있다.
Figure 112020010126028-pct00008
(산업상 이용 가능성)
본 발명에 의하면, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 에피택셜층의 평탄도의 둘레 방향 균일성을 높일 수 있는 서셉터를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 이 서셉터를 구비하는 에피택셜 성장 장치를 제공할 수 있다. 추가로 본 발명에 의하면, 이 서셉터를 이용한 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법과, 그에 따라 얻어지는 평탄도의 둘레 방향 균일성이 개선된 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 제공할 수 있다.
100, 200, 300 : 서셉터
110, 210, 310 : 카운터보어부
110A, 210A, 310A : 내주 벽면
110B, 210B, 310B : 저면
110C, 210C, 310C : 개구연
110L, 210L, 310L : 레지부
W : 실리콘 웨이퍼
L : 서셉터의 중심과 카운터보어부의 개구연의 사이의 지름 방향 거리
Lp : 포켓 폭
H : 내주 벽면의 상단과 하단의 높이의 차
Hw : 숄더 높이

Claims (9)

  1. 에피택셜 성장 장치 내에서 실리콘 웨이퍼를 올려놓기 위한 서셉터로서,
    상기 서셉터에는, 상기 실리콘 웨이퍼가 올려놓여지는 오목 형상의 카운터보어(counterbore)부가 형성되고,
    상기 서셉터의 중심과 상기 카운터보어부의 개구연의 사이의 지름 방향 거리가 90도 주기로 둘레 방향으로 변동함과 함께, 상기 지름 방향 거리가 최소가 되는 위치의 각도를 0도로 했을 때에, 90도, 180도, 270도의 각각에서 상기 지름 방향 거리가 최소가 됨과 함께, 45도, 135도, 225도, 315도의 각각에서 상기 지름 방향 거리가 최대가 되고,
    상기 서셉터를 상면에서 보았을 때의 상기 개구연이, 지름 방향 외측을 볼록하게 하는 동일 형상의 4개의 타원호를 그리는
    것을 특징으로 하는 서셉터.
  2. 에피택셜 성장 장치 내에서 실리콘 웨이퍼를 올려놓기 위한 서셉터로서,
    상기 서셉터에는, 상기 실리콘 웨이퍼가 올려놓여지는 오목 형상의 카운터보어부가 형성되고,
    상기 카운터보어부의 개구연측의, 내주 벽면의 상단과 하단의 높이의 차가 90도 주기로 둘레 방향으로 변동함과 함께, 상기 높이의 차가 최대가 되는 위치의 각도를 0도로 했을 때에, 90도, 180도, 270도의 각각에서 상기 높이의 차가 최대가 됨과 함께, 45도, 135도, 225도, 315도의 각각에서 상기 높이의 차가 최소가 되고,
    상기 서셉터의 지름 방향 외측 투영도에 있어서, 상기 카운터보어부의 개구연이, 상기 카운터보어부의 저면측을 볼록하게 하는 동일 형상의 4개의 타원호를 그리는
    것을 특징으로 하는 서셉터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 서셉터의 상기 0도의 방향으로 실리콘 웨이퍼의 <110>방위가 위치하도록 실리콘 웨이퍼를 올려놓고 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 에피택셜층을 형성한 에피택셜 실리콘 웨이퍼의, 하기식 [1]:
    Figure 112020010202629-pct00009

    (상기식 [1] 중, tMax는 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 에피택셜층의 최대 두께이고, tMin은 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 에피택셜층의 최소 두께이고, tAve는 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 에피택셜층의 평균 두께임)
    에 따르는 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 상기 에피택셜층의 막두께 분포의 둘레 방향 불균일 지표 Δt가 0.75％ 이하가 되도록 상기 타원호가 형성되는, 서셉터.
  4. 에피택셜 성장 장치 내에서 실리콘 웨이퍼를 올려놓기 위한 서셉터로서,
    상기 서셉터에는, 상기 실리콘 웨이퍼가 올려놓여지는 오목 형상의 카운터보어부가 형성되고,
    상기 서셉터의 중심과 상기 카운터보어부의 개구연의 사이의 지름 방향 거리가 90도 주기로 둘레 방향으로 변동함과 함께, 상기 지름 방향 거리가 최소가 되는 위치의 각도를 0도로 했을 때에, 90도, 180도, 270도의 각각에서 상기 지름 방향 거리가 최소가 됨과 함께, 45도, 135도, 225도, 315도의 각각에서 상기 지름 방향 거리가 최대가 되고,
    상기 서셉터를 상면에서 보았을 때의 상기 개구연이, 지름 방향 외측을 볼록하게 하는 4개의 제1 타원호를 그리고,
    상기 카운터보어부의 개구연측의, 내주 벽면의 상단과 하단의 높이의 차가 90도 주기로 둘레 방향으로 변동함과 함께, 상기 높이의 차가 최대가 되는 위치의 각도를 0도로 했을 때에, 90도, 180도, 270도의 각각에서 상기 높이의 차가 최대가 됨과 함께, 45도, 135도, 225도, 315도의 각각에서 상기 높이의 차가 최소가 되고,
    상기 서셉터의 지름 방향 외측 투영도에 있어서, 상기 카운터보어부의 개구연이, 상기 카운터보어부의 저면측을 볼록하게 하는 4개의 제2 타원호를 그리는
    것을 특징으로 하는 서셉터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 서셉터의 상기 0도의 방향으로 실리콘 웨이퍼의 <110>방위가 위치하도록 실리콘 웨이퍼를 올려놓고 상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 에피택셜층을 형성한 에피택셜 실리콘 웨이퍼의, 하기식 [1]:
    Figure 112020010202629-pct00010

    (상기식 [1] 중, tMax는 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 에피택셜층의 최대 두께이고, tMin은 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 에피택셜층의 최소 두께이고, tAve는 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 에피택셜층의 평균 두께임)
    에 따르는 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 상기 에피택셜층의 막두께 분포의 둘레 방향 불균일 지표 Δt가 0.75％ 이하가 되도록 상기 제1 타원호 및 상기 제2 타원호가 형성되는, 서셉터.
  6. 제1항, 제2항, 제4항, 제5항 중 어느 한 항에 기재된 서셉터를 구비하는 에피택셜 성장 장치.
  7. 제3항에 기재된 서셉터를 구비하는 에피택셜 성장 장치.
  8. 제1항, 제2항, 제4항 중 어느 한 항에 기재된 서셉터의 상기 0도의 방향으로 실리콘 웨이퍼의 <110>방위가 위치하도록, 당해 실리콘 웨이퍼를 올려놓는 공정과,
    상기 실리콘 웨이퍼의 표면에 에피택셜층을 형성하는 공정을 포함하는 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
  9. 실리콘 웨이퍼의 표면에 에피택셜층이 형성된 에피택셜 실리콘 웨이퍼로서,
    하기식 [1]:
    Figure 112020010202629-pct00011

    (상기식 [1] 중, tMax는 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 에피택셜층의 최대 두께이고, tMin은 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 에피택셜층의 최소 두께이고, tAve는 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 에피택셜층의 평균 두께임)
    에 따르는 에지 1㎜의 위치에 있어서의 둘레 방향의 상기 에피택셜층의 막두께 분포의 둘레 방향 불균일 지표 Δt0이 0.75％ 이하인 것을 특징으로 하는 에피택셜 실리콘 웨이퍼.

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