KR20060002975A - 서셉터 및 기상성장장치 - Google Patents

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KR20060002975A
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고이치 가나야
도루 오츠가
히로기 오세
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신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
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Abstract

반도체 기판(W)의 주표면상에 단결정 박막을 기상성장할 때에, 상기 반도체 기판(W)을 포켓(2c) 내에서 대략 수평으로 지지하고, 상기 포켓(2c)은, 상기 반도체 기판(W)을 지지하는 외주측 포켓부(20)와, 상기 외주측 포켓부(20)의 내측에서 상기 외주측 포켓부(20)보다도 구부러진 상태로 형성된 중앙측 포켓부(21)를 갖는 서셉터(2)에 있어서, 상기 외주측 포켓부(201), 상기 포켓(2c)의 외주측으로부터 중앙측을 향해서 낮아지도록 수평면에 대하여 경사진 기판 지지면(20a)을 갖고, 상기 기판 지지면(20a) 중. 적어도 내주측을 제외한 영역에서, 상기 반도체 기판(W)의 표면의 외주측보다도 내측을 지지하는 것을 특징으로 하는 서셉터
단결정 박막, 포켓, 서셉터, 기판 지지면, 반도체 기판

Description

서셉터 및 기상성장장치{SUSCEPTOR AND VAPOR GROWTH DEVICE}
본 발명은 반도체 기판이 재치(載置)되는 서셉터와 이 서셉터를 구비하는 기상성장장치에 관한 것이다.
종래, 반도체 기판의 주표면상에 단결정 박막을 기상성장시키는 장치로서, 이른바 매엽(枚葉)형 기상성장장치가 알려져 있다. 매엽형 기상성장장치는 반도체 기판을 지지하는 대략 원반형의 서셉터를 구비하고 있고, 서셉터 위의 반도체 기판을 양면측으로부터 가열하면서 주표면상에 반응가스를 공급하는 것으로 단결정 박막을 기상성장시키는 구성으로 되어 있다.
더욱 상세하게는 도 4에 도시하는 바와 같이, 서셉터(200)는 그 주표면의 중앙부에 포켓(201; pocket)를 갖고 있고, 이 카운터 보어(201)내에서 반도체 기판(W)을 지지한다. 포켓(201)은 평탄하고 환상의 기판 지지면을 갖는 외주측 포켓(202)과, 이 외주측 포켓(202)보다도 오목하게 들어간 상태로 형성된 중앙측 포켓(203)을 갖고 있다(예를 들면, 일본 특개소 61-215289호 참조).
그렇지만, 상기 포켓(201)내에 반도체 기판(W)을 재치하면, 상기 반도체 기 판(W)이 외주측 포켓(202)과 접촉하는 부분에 상처가 원호형으로 발생하기 쉽다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 상처의 발생을 억제할 수 있는 서셉터 및 기상성장장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 측면에 의하면, 본 발명의 서셉터는, 반도체 기판의 주표면상에 단결정 박막을 기상성장할 때에, 상기 반도체 기판을 포켓 내에서 대략 수평으로 지지하고,
상기 포켓이, 상기 반도체 기판을 지지하는 외주측 포켓부와, 상기 외주측 포켓부의 내측에서 상기 외주측 포켓부보다도 오목하게 들어간 상태로 형성된 중앙측 포켓부를 갖는 서셉터에 있어서,
상기 외주측 포켓부는 상기 포켓의 외주측으로부터 중앙측을 향해서 낮아지도록 수평면에 대하여 경사진 기판 지지면을 갖고, 상기 기판 지지면 중, 적어도 내주 가장자리를 제외한 영역에서, 상기 반도체 기판의 이면의 외주 가장자리보다도 내측을 지지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명자등은 상기 과제를 해결하기 위해서 거듭 검토를 하였다. 그 결과, 반도체 기판의 이면에 원호형의 상처가 나는 것은 열응력에 의해서 반도체 기판이 종단면에서 보아 U자형으로 구부러지는 결과, 포켓의 기판 지지면의 내주 가장자리, 요컨대 외주측 포켓부와 중앙측 포켓부의 사이에 형성되는 뿔부분에서, 반도체 기판의 이면이 지지되기 때문인 것을 알았다.
단, 포켓의 외주측으로부터 내주측을 향해서 기판 지지면이 경사져 있는 경우에도, 수평면에 대한 경사 각도가 지나치게 큰 경우에는 기판 지지면은 반도체 기판을, 상기 반도체 기판의 외주 가장자리만으로 지지하게 되기 때문에, 반도체 기판의 이면에 상처가 나지는 않지만, 기상성장되는 단결정 박막에 있어서 슬립 전위의 발생 빈도가 급증하게 된다. 구체적으로는 예를 들면 직경 300mm의 실리콘 단결정 기판용의 포켓에서는, 수평면에 대한 기판 지지면의 경사 각도가 1도보다 급한 경우에는 기상성장되는 단결정 박막에 있어서 슬립 전위의 발생 빈도가 급증한다.
한편, 수평면에 대한 기판 지지면의 경사 각도가 O도 이하인 경우, 즉, 기판 지지면이 수평으로 되어 있거나, 또는 포켓의 외주측으로부터 중앙측을 향해서 높아지도록 경사져 있는 경우에는 기판 지지면의 내주 가장자리와 반도체 기판의 이면이 접촉하는 결과, 반도체 기판의 이면에 원호형의 상처가 나기 쉬워진다. 또한, 서셉터의 주표면으로 포켓의 주위의 면(이하, 포켓 주위면으로 함)에 대한 기판 지지면의 경사 각도가 소정의 각도보다도 완만한 경우에는 종단면에서 보아 역U자형으로 휘어진 서셉터를 사용하면, 이 휘어짐에 의해서 기판 지지면의 카운터 보어 주위면에 대한 경사가 상쇄되어 수평면에 대한 경사 각도가 0도 이하가 되어, 반도체 기판의 이면과 기판 지지면의 내주 가장자리가 접촉하는 경우가 있어, 반도체 기판의 이면에 원호형의 상처가 나기 쉬워진다. 구체적으로는 예를 들면 직경 300mm의 실리콘 단결정 기판용 포켓에서는, 포켓 주위면에 대한 기판 지지면의 경사 각도가 0.2도보다도 완만한 경우, 이 서셉터가 종단면에서 보아 역U자형으로 뒤집혀 있고, 그 휘어짐량이 0.3mm 이상이면, 실리콘 단결정 기판의 이면에 원호형의 상처가 나게 된다. 또, 서셉터의 휘어짐량은, 서셉터 이면에서의 중앙부와 외주부의 고저 차인 것이다.
본 발명에 의하면, 외주측 포켓부의 기판 지지면은 포켓의 외주측으로부터 중앙측을 향해서 낮아지도록 수평면에 대하여 경사져 있고, 상기 기판 지지면 중, 적어도 내주 가장자리를 제외한 영역에서 반도체 기판의 이면의 외주 가장자리보다도 내측을 지지하기 때문에, 열응력에 의해서 반도체 기판이 구부러진 경우에도, 종래와 달리, 서셉터의 기판 지지면의 내주 가장자리에 의해서 반도체 기판의 이면에 상처를 내지 않고, 반도체 기판의 주표면상에 단결정 박막을 기상성장시킬 수 있다. 또한, 기판 지지면이 반도체 기판을 상기 반도체 기판의 외주 가장자리만으로 지지하지 않기 때문에, 기상성장되는 단결정 박막에 있어서 슬립 전위가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 서셉터는 포켓의 중심축을 포함하는 가상면에서, 기판 지지면과 상기 반도체 기판의 접점에서의 반도체 기판의 접선이 수평면과 이루는 각도와 같은 각도로, 기판 지지면이 수평면에 대하여 경사져 있는 것이 바람직하다. 이 경우에는 열응력에 의해서 반도체 기판이 구부러진 경우에도, 기판 지지면이 반도체 기판을 상기 반도체 기판의 외주 가장자리만으로 지지하는 것을 확실하게 막을 수 있다. 따라서, 형성되는 단결정 박막에 슬립 전위가 발생하는 것을 확실하게 막을 수 있다.
또한, 본 발명의 서셉터는 반도체 기판의 이면과 접촉하지 않는 깊이로, 중앙측 포켓부가 오목하게 들어가 있는 것이 바람직하다. 이 경우에는 중앙측 포켓부와 반도체 기판의 이면이 마찰되지 않기 때문에, 반도체 기판의 이면에 상처가 나는 것을 더욱 확실하게 억제할 수 있다.
본 발명의 제 2 측면에 의하면, 본 발명의 기상성장장치는 본 발명의 서셉터를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 관계되는 기상성장장치의 실시예의 개략 구성을 도시하는 종단면도.
도 2a는 본 발명에 관계되는 서셉터를 도시하는 종단면도이고, 도 2b는 서셉터의 이면을 도시하는 평면도.
도 3은 도 2a 중의 원부의 확대도.
도 4는 종래의 서셉터를 도시하는 종단면도.
이하, 본 발명에 관계되는 기상성장장치의 실시예에 관해서, 도면을 참조하여 설명한다. 또, 본 실시예에 있어서의 기상성장장치는 반도체 기판의 주표면에 단결정 박막을 기상성장시키기 위한 매엽(枚葉)형의 기상성장장치이다.
도 1은 기상성장장치(100)의 개략 구성을 도시하는 종단면도이다. 이 기상성장장치(100)는 매엽형의 기상성장장치로, 실리콘 단결정 기판 등의 반도체 기판 (W)이 내부에 배치되는 반응로(1)를 구비하고 있다.
반응로(1)는 정상벽(1a), 바닥벽(1b) 및 측벽(1e)을 갖는 반응실이다. 정상벽(1a)과 바닥벽(1b)은 투광성의 석영으로 형성되어 있다. 측벽(1e)에는 반응로(1)내에 기상성장용 반응가스를 공급하기 위한 가스공급구(1c)와, 반응로(1)로부터 반응가스를 배출시키기 위한 가스배출구(1d)가 형성되어 있다. 가스공급구(1c)에는 소정의 조성 및 유량으로 반응가스를 공급하는 가스공급장치(도시하지 않음)가 접속되어 있다. 또, 반응가스로는 예를 들면 실리콘 단결정 기판상에 실리콘 단결정 박막을 기상성장시킬 때에는 원료가스인 SiHCl3(트리클로로실란)가스와 캐리어가스인 H2가스의 혼합가스를 사용하는 것이 바람직하다.
반응로(1)의 위쪽에는 정상벽(1a)을 통해서 반응로(1)의 내부를 향해서 전사를 하는 가열장치(5a)가 배치되고, 반응로(1)의 아래쪽에는 바닥벽(1b)을 통해서 반응로(1)의 내부를 향해서 전사를 하는 가열장치(5b)가 배치되어 있다. 또, 본 실시예에 있어서는 가열장치(5a, 5b)로서 할로겐램프가 사용되고 있다.
또한, 반응로(1)의 내부에는 반도체 기판(W)을 재치하기 위한 대략 원반형의 서셉터(2)가 지지부재(3)에 지지된 상태로 배치되어 있다.
서셉터(2)는 그라파이트에 탄화규소(SiC)가 코팅되어 형성되어 있다. 서셉터(2)의 주표면, 요컨대 상면은 도 2a에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(W)을 아래 쪽에서 수평으로 지지하기 위한 대략 원형의 포켓(2c)과, 상기 포켓(2c)의 주위의 면(2a; 이하, 포켓 주위면으로 한다)으로 이루어진다.
더욱 상세하게는 포켓(2c)은 도 2b 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(W)을 지지하는 외주측 포켓부(20)와, 이 외주측 포켓부(20)의 내측에서 상기 외주측 포켓부(20)보다도 오목하게 들어간 상태로 형성된 중앙측 포켓부(21)를 갖고 있다.
외주측 포켓부(20)는 기판 지지면(20a)을 갖고 있고, 이 기판 지지면(20a)은 도 3에 도시하는 바와 같이, 포켓(2c)의 외주측으로부터 중앙측을 향해서 낮아지도록 수평면에 대하여 O도보다 크고, 또한 1도 이하의 각도로 경사져 있다. 이 외주측 포켓부(20)는 기판 지지면(20a) 중, 적어도 내주 가장자리(20b), 요컨대 외주측 포켓부(20)와 중앙측 포켓부(21)의 사이에 형성되는 뿔부분을 제외한 영역에서 반도체 기판(W)의 외주 가장자리보다도 내측을 지지하도록 되어 있다. 또한, 포켓(2c)의 중심축을 포함하는 가상면에 있어서 기판 지지면(20a)이 수평면과 이루는 각도는 기상성장시에 열응력에 의해서 종단면에서 보아 U자형으로 구부러진 반도체 기판(W)과 기판 지지면(20a)의 접점에서의 반도체 기판(W)의 접선이 수평면과 이루는 각도와 같아져 있다.
중앙측 포켓부(21)는 종단면에서 보아 U자형으로 형성되어 있고, 기상성장시에 반도체 기판(W)의 이면과 접촉하지 않는 깊이로 오목하게 들어가 있다. 또한, 도 3에는 도시하지 않지만, 포켓(2c)내에 재치된 반도체 기판(W)은 도 1에 도시하는 바와 같이, 가열장치(5a)에 의해서 위쪽으로부터 가열되는 동시에, 가열장치(5b)에 의해서 서셉터(2)를 통해서 아래 쪽으로부터도 가열되도록 되어 있다.
이 포켓(2c)의 중앙측 포켓부(21)에는 도 2b에 도시하는 바와 같이, 서셉터 (2)의 표리에 관통하는 3개의 관통 구멍(2d)이 주(周)방향을 따라 소정 간격마다 설치되어 있다. 또, 이들 관통 구멍(2d)은 반도체 기판(W)을 승강시키는 리프트핀(도시하지 않음)을 통과시키기 위한 구멍이다.
또한, 포켓(2c)보다 외측의 부분에는 서셉터(2)의 이면에 개구하는 3개의 오목부(2e)가, 각각 반경방향을 따라 관통 구멍(2d)과 인접하도록 형성되어 있다.
지지부재(3)는 도 1에 도시하는 바와 같이, 서셉터(2)의 아래쪽에 있어서 상하방향으로 연재된 회전축(3a)을 구비하고 있다. 회전축(3a)의 상단부에는 경사 위쪽을 향하여 방사형으로 분기(分岐)한 3개의 스포크(3b)가 설치되어 있다. 각 스포크(3b)의 선단은 서셉터(2)의 오목부(2e)와 끼워져 서셉터(2)를 지지하고 있다. 또, 회전축(3a)에는 회전 구동장치(도시하지 않음)가 접속되어 있고, 이 회전 구동장치의 구동에 의해서 서셉터(2)가 회전하도록 되어 있다.
다음에, 상기와 같은 기상성장장치(100)를 사용하여 직경 300mm의 실리콘 단결정 기판상에 실리콘 단결정 박막을 기상성장시키는 경우의 순서에 관해서 설명한다.
우선, 실리콘 단결정 기판을 반송하여 서셉터(2)의 카운터 보어(2c) 내에 재치한다.
다음에, 가열장치(5a, 5b)에 의해 실리콘 단결정 기판을 가열하는 동시에 상기 회전 구동장치에 의해 서셉터(2)를 회전시키고, 이 상태로 가스공급구(1c)로부터 반응로(1) 내에 SiHCl3가스와 H2가스의 혼합가스를 반응가스로서 도입하여, 기상 성장을 한다.
또, 이 기상성장시, 실리콘 단결정 기판은 종단면에서 보아 U자형으로 구부러진다. 한편, 서셉터(2)의 기판 지지면(20a)은 카운터 보어(2c)의 외주측으로부터 중앙측을 향해서 낮아지도록 경사져 있고, 상기 기판 지지면(20a)중, 적어도 내주 가장자리(20b)를 제외한 영역에서 실리콘 단결정 기판의 이면의 외주 가장자리보다도 내측을 지지한다. 이 때, 포켓(2c)의 중심축을 포함하는 가상면 내에서 기판 지지면(20a)이 수평면과 이루는 각도는 구부러진 실리콘 단결정 기판과 기판 지지면(20a)의 접점에서의 실리콘 단결정 기판의 접선이 수평면과 이루는 각도와 같아져 있다. 이 구성에 의해, 기판 지지면이 반도체 기판을 상기 반도체 기판의 외주 가장자리만으로 지지하는 것을 확실하게 방지하는 동시에, 실리콘 단결정 기판의 이면과 기판 지지면의 내주 가장자리가 접촉하는 것을 방지한다.
이상과 같은 기상성장장치(100)에 의하면, 실리콘 단결정 기판의 이면에 원호형의 상처를 내지 않고 이 이면을 지지할 수 있는 동시에, 슬립 전위의 발생을 억제하면서, 이 실리콘 단결정 기판의 주표면상에 실리콘 단결정 박막을 기상성장시킬 수 있다.
또한, 서셉터(2)의 기판 지지면(20a)은 수평면에 대하여 1도 이하의 각도로 경사져, 실리콘 단결정 기판을 상기 실리콘 단결정 기판의 외주 가장자리만으로 지지하지 않기 때문에, 기상성장되는 실리콘 단결정 박막에 슬립 전위가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 포켓(2c)의 중앙측 포켓부(21)가 실리콘 단결정 기판의 이면과 접촉하 지 않도록 형성되어 있기 때문에, 포켓(2c)의 중앙측 포켓부(21)와 실리콘 단결정 기판의 이면이 마찰되지 않는다. 따라서, 실리콘 단결정 기판의 이면에 경면(鏡面)가공이 실시되어 있는 경우 등, 이면에 대한 상처의 발생이 현저화되기 쉬운 경우에, 상처의 발생을 억제할 수 있다.
또, 상기 실시예에 있어서는 기상성장장치(100)를 매엽형인 것으로서 설명하였지만, 반도체 기판(W)을 카운터 보어 내에서 대략 수평으로 지지하는 것이면 좋고, 예를 들면 팬케이크형이어도 좋다.
또한, 서셉터(2)의 기판 지지면(20a)은 포켓(2c)의 외주측으로부터 중앙측을 향해서 낮아지도록 수평면에 대하여 경사져 있는 것으로서 설명하였지만, 포켓 주위면(2a)에 대한 기판 지지면(20a)의 경사 각도를 0.2도 이상으로 하여 두는 것이 바람직하다. 이 경우에는 종단면에서 보아 역U자형으로 휘어진 서셉터(2)를 사용하는 경우에도, 서셉터(2)의 휘어짐량이 0.3mm 이하이면, 이 휘어짐에 의해서도 기판 지지면(20a)의 경사가 상쇄되지 않는다. 따라서, 종단면에서 보아 역U자형으로 휘어진 서셉터(2)를 사용하는 경우에도, 실리콘 단결정 기판의 이면에 원호형의 상처를 내지 않고 그 주표면상에 실리콘 단결정 박막을 기상성장시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예에서는 반도체 기판(W)의 주표면상에 단결정 박막을 기상성장시키는 기상성장장치(100)는 반도체 기판(W)을 포켓(2c) 내에서 아래 쪽에서 수평으로 지지하는 원반형의 서셉터(2)를 구비하고 있다. 포켓(2c)은 반도체 기판(W)을 지지하는 기판 지지면(20a)을 갖는 외주측 포켓(20)과, 이 외주측 포켓부(20)보다도 오목하게 들어간 상태로 형성된 중앙측 포켓부(21)를 갖고 있 다. 외주측 포켓부(20)는 포켓(2c)의 외주측으로부터 중앙측을 향해서 낮아지도록 수평면에 대하여 경사진 기판 지지면(20a)을 갖고, 상기 기판 지지면(20a) 중, 적어도 내주 가장자리(20b)를 제외한 영역에서, 반도체 기판(W)의 이면의 외주 가장자리보다도 내측을 지지한다. 포켓(2c) 중앙측 포켓부(21)는 반도체 기판(W)의 이면과 접촉하지 않는 깊이로 오목하게 들어가 있다.
본 발명에 관계되는 서셉터 및 기상성장장치에 의하면, 반도체 기판이 구부러진 경우에도, 포켓의 기판 지지면의 내주 가장자리에 의해서 반도체 기판의 이면에 원호형의 상처를 내지 않고, 반도체 기판의 주표면상에 단결정 박막을 기상성장시킬 수 있다. 또한, 기판 지지면이 반도체 기판을 상기 반도체 기판의 외주 가장자리만으로 지지하지 않기 때문에, 기상성장되는 단결정 박막에 있어서 슬립 전위가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명에 관계되는 서셉터 및 기상성장장치는 상처의 발생을 억제하는 경우에 적합하다.

Claims (5)

  1. 반도체 기판의 주표면상에 단결정 박막을 기상성장할 때에, 상기 반도체 기판을 포켓내에서 대략 수평으로 지지하고,
    상기 포켓이, 상기 반도체 기판을 지지하는 외주측 포켓부와, 상기 외주측 포켓부의 내측에서 상기 외주측 포켓부보다도 오목하게 들어간 상태로 형성된 중앙측 포켓부를 갖는 서셉터에 있어서,
    상기 외주측 포켓부는 상기 포켓의 외주측으로부터 중앙측을 향해서 낮아지도록 수평면에 대하여 경사진 기판 지지면을 갖고, 상기 기판 지지면 중, 적어도 내주 가장자리를 제외한 영역에서, 상기 반도체 기판의 이면의 외주 가장자리보다도 내측을 지지하는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 포켓은 직경 300mm의 실리콘 단결정 기판용이고,
    상기 기판 지지면은 수평면에 대하여 O도보다 크고, 또한 1도 이하의 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 지지면은 상기 포켓의 중심축을 포함하는 가상면에서, 상기 기판 지지면과 상기 반도체 기판의 접점에서의 상기 반도체 기판의 접선이 수평면과 이루는 각도와 같은 각도로, 수평면에 대하여 경사져 있는 것을 특징으로 하는 서셉 터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중앙측 포켓부는 상기 반도체 기판의 이면과 접촉하지 않는 깊이에 오목하게 들어가 있는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 서셉터를 구비하는 것을 특징으로 하는 기상성장장치.
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