KR20060060735A - 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조방법 및 실리콘 에피택셜웨이퍼 - Google Patents

실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조방법 및 실리콘 에피택셜웨이퍼 Download PDF

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KR20060060735A
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silicon epitaxial
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KR1020067006150A
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고이치 가나야
츠요시 니시자와
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신에츠 한도타이 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 반응용기(11), 서셉터(20), 리프트핀(13), 상측 가열장치(14a), 하측 가열장치(14b)를 구비한 기상성장 장치에 있어서, 상측 가열수단과 하측 가열수단의 가열 비율을 조정한다. 리프트핀 부근에 형성되는 실리콘 에피택셜층의 표면 형상이나, 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 뒷면에 생기는 요철부의 형상을 제어할 수 있다.
실리콘, 웨이퍼, 에픽택셜, 요철부, 기상성장, 서셉터, 리프트핀, 가열장치.

Description

실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조방법 및 실리콘 에피택셜 웨이퍼{Production method for silicon epitaxial wafer, and silicon epitaxial wafer}
본 발명은 기상성장 장치를 사용하여, 서셉터(susceptor) 상의 실리콘 웨이퍼의 주표면에 실리콘 에피택셜층을 기상성장시키는 실리콘 에피택셜 웨이퍼(silicon epitaxial wafer)의 제조방법, 및 실리콘 에피택셜 웨이퍼에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼의 주표면 상에 실리콘 에피택셜층을 기상성장하기 위한 기상성장 장치로서는, 실리콘 웨이퍼를 반응용기 내에 반입하여 상기 반용용기 내의 서셉터 상에 적재한 상태에서, 서셉터의 상측에 설치된 상측 램프와, 서셉터의 하측에 설치된 하측 램프에 의해 실리콘 웨이퍼를 가열함과 동시에, 상기 실리콘 웨이퍼의 주표면 상에 원료가스를 공급함으로써 기상성장을 행하고, 기상성장 후는, 기상성장에 의해 얻어진 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 반응용기 밖으로 반출하는 구성의 것이 알려져 있다.
여기에서, 실리콘 웨이퍼를 서셉터 상에 적재하거나, 서셉터 상으로부터 꺼내는 방식은 다종 다양하다. 그 하나로서, 서셉터의 상면으로부터 상방으로 돌출 동작 가능하게 설치된 3개 이상의 리프트핀(lift pin)을 서로 대략 등량만큼 돌출 동작시키고, 돌출 동작 후의 리프트핀 상에 실리콘 웨이퍼를 반송하여, 리프트핀에 의해 거의 수평상태로 지지시킨 후, 이들 리프트핀을 서로 동기상태에서 하강시킴으로써, 실리콘 웨이퍼를 서셉터 상에 적재하고, 기상성장 후, 적재상태의 실리콘 에피택셜 웨이퍼를, 리프트핀의 돌출 동작에 의해 서셉터 상방으로 상승시키고 나서, 반송장치에 의해 반응용기 밖으로 반출하는 방식(이하, 리프트핀 방식이라고 함)이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
이러한 리프트핀 방식의 서셉터에는, 리프트핀 삽입통과용의 구멍부(이하, '리프트핀 삽입통과용 구멍부'라고 함)가 서셉터의 앞과 뒤로 관통하도록 형성되어 있고, 이 리프트핀 삽입통과용 구멍부에 리프트핀이 삽입통과된다.
이러한 기상성장 장치를 사용하여 실리콘 웨이퍼의 주표면에 실리콘 에피택셜층을 기상성장시키기 위해서는, 우선, 실리콘 웨이퍼를 반응용기 내에 반입하고, 서셉터 상에 적재한 후, 반응용기 내를 수소 열처리 온도로 가열하여 수소처리를 함으로써 실리콘 웨이퍼 표면의 자연산화막을 수소에 의해 에칭하여 제거한다.
다음으로, 반응용기 안을 성장 온도로 설정하고, 실리콘 웨이퍼의 주표면 상에 실리콘 원료가스를 공급하고, 이로써 실리콘 웨이퍼의 주표면 상에 실리콘 에피택셜층을 기상성장시켜 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 제조한다.
또한, 기상성장시에, 실리콘 웨이퍼의 뒷면의 자연산화막을 제거하기 위한 복수의 관통구멍이, 실리콘 웨이퍼가 적재되는 위치에 형성되어 있는 서셉터가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 제(평)6-318630호
특허문헌 2: 미국특허공보 제6444027호
그런데, 상기와 같은 리프트핀 방식으로 기상성장을 하여 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 제조하는 경우, 일반적으로 리프트핀을 통하여 서셉터의 하방으로 방열되기 쉽고, 이로 인해 기상성장에 의해 실리콘 단결정 기판의 주표면에 얻어지는 실리콘 에피택셜층의 막두께가, 리프트핀 부근에 있어서 다른 부분보다도 얇아져 버려, 실리콘 에피택셜층의 표면 형상이 부분적으로 오목하게 되는 경우가 있다.
한편, 실리콘 웨이퍼 뒷면의 자연산화막을 제거하기 위한 복수의 관통구멍이 형성된 서셉터를 사용하여 기상성장을 하는 경우에는, 기상성장 공정 후의 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 뒷면에, 상기 관통구멍의 형성위치에 대응하여 볼록부가 형성되는 경우가 있다. 또한, 리프트핀과 상기 리프트핀 삽입통과용 구멍부의 틈에도 대응하여 동일하게 볼록부가 형성된다. 단 이 경우, 볼록부는 틈보다도 외측에 링형으로 형성된다. 이와 같이 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 뒷면에 볼록부가 형성됨으로써 형상을 악화시킨다.
그 요철부가 실리콘 에피택셜 웨이퍼에 형성되는 경향, 및 형성된 요철부의 높이, 또는 깊이가, 동일한 리프트핀 방식에 의한 기상성장 장치에 있어서 다르며, 각각의 장치에 불균일함이 있는 것을 알았다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 리프트핀 방식의 기상성장 장치에 있어서 형성되는 요철부의 형상을, 장치의 불균일함을 없앰으로써 주표면에서의 실리콘 에피택셜층의 표면 형상을 종래보다 평탄하게 할 수 있다. 또한, 서셉터에 형성된 관통구멍(리프트핀 삽입용 구멍을 포함)의 위치에 대응하여 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 뒷면에 볼록부(리프트핀 삽입통과용 구멍부의 위치는, 요철형상으로 되는 경우가 있다)가 생기는 것을 억제할 수 있는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한 것이다.
그래서, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 청구범위 제1항에 기재된 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조방법은 반응용기와, 상기 반용용기 내에 배치되어 상면에 실리콘 웨이퍼가 적재되는 서셉터와, 상기 서셉터에 대하여 승강 동작 가능하게 설치되고, 실리콘 웨이퍼를 하면측으로부터 지지한 상태에서 승강 동작하는 것에 동반시켜 서셉터 상에 실리콘 웨이퍼를 착탈하기 위한 리프트핀과, 상기 서셉터를 상방으로부터 가열하는 상측 가열수단과, 상기 서셉터를 하방으로부터 가열하는 하측 가열수단을 구비하는 기상성장 장치를 사용하여, 상기 서셉터 상의 실리콘 웨이퍼의 주표면에 실리콘 에피택셜층을 기상성장시킴으로써 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 제조하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조방법에 있어서, 상기 상측 가열수단과 상기 하측 가열수단의 가열 비율을 조정함으로써, 실리콘 웨이퍼의 주표면 중의 상기 리프트핀 부근에 형성되는 실리콘 에피택셜층의 표면 형상을 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조방법에 의하면, 각각의 동일한 리프트핀 방식에 의한 기상성장 장치에 있어서, 장치마다 상측 가열수단과 하측 가열수단의 가열 비율을 조정하고, 리프트핀 부근에 형성되는 실리콘 에피택셜층의 성장 속도를 제어함으로써, 주표면에 퇴적되는 실리콘 에피택셜층의 막두께가 리프트핀 부근에 있어서 다른 부분보다도 얇아지는 것을 억제할 수 있고, 리프트핀 부근의 실리콘 에피택셜층의 평탄도가 좋아져서, 장치에 의한 불균일함을 없앨 수 있다.
또한, 이 장치마다에 의한 불균일함은, 예를 들면 일반적으로 가열원으로서 램프가 복수개 사용되고 있는, 그 램프의 열 특성의 변화나 불균일함, 및 램프의 장착 위치 정밀도, 램프 반사경의 형상이나 열화·오염 또는 서셉터의 형상 등에 의해서 생긴다고 생각된다.
또한, 본 발명의 청구범위 제2항에 기재된 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조방법은, 반응용기와, 상기 반용용기 내에 배치되어 상면에 실리콘 웨이퍼가 적재되는 서셉터와, 상기 서셉터의 상기 실리콘 웨이퍼가 적재되는 위치에 형성된 관통구멍(리프트핀 삽입통과용 구멍을 포함)과, 상기 서셉터를 상방으로부터 가열하는 상측 가열수단과, 상기 서셉터를 하방으로부터 가열하는 하측 가열수단을 구비하는 기상성장 장치를 사용하여, 상기 서셉터 상의 실리콘 웨이퍼의 주표면에 실리콘 에피택셜층을 기상성장시킴으로써 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 제조하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조방법에 있어서, 상기 상측 가열수단과 상기 하측 가열수단의 가열 비율을 조정함으로써, 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 뒷면에 형성되는 요철부의 형상을 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.
기상성장전에 행하여지는 수소 열처리시, 실리콘 웨이퍼의 뒷면에 형성되어 있는 자연산화막은, 서셉터에 형성된 관통구멍(리프트핀 삽입통과용 구멍부의 틈을 포함함)을 통하여 침입한 수소가스에 의해 에칭 제거된다. 그리고, 자연산화막이 제거된 부위가 실리콘 원료가스에 접촉하면, 실리콘이 부분적으로 에피택셜 성장한다. 서셉터에 대면하는 실리콘 웨이퍼의 뒷면에는, 관통구멍(리프트핀 삽입통과용 구멍부의 틈을 포함함)을 통하여 실리콘 원료가스가 침입하기 때문에, 관통구멍(리프트핀 삽입통과용 구멍을 포함)의 형성위치에 대응하여 실리콘막이 부분적으로 성장하고, 볼록부(리프트핀 삽입통과용 구멍부에 대응하는 위치에서는, 요철형상으로 되는 것이 있다)가 생겨 버린다.
본 발명의 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조방법에 의하면, 상측 가열수단과 하측 가열수단의 가열 비율을 조정하고, 뒷면으로의 실리콘막의 성장 속도를 저하시킬 수 있기 때문에, 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 뒷면에서의 요철부의 발생을 억제할 수 있다.
그리고, 본 발명의 청구범위 제3항에 기재된 발명은, 실리콘 웨이퍼가 적재되는 위치의, 리프트핀 부근 및/또는 서셉터에 형성된 관통구멍(리프트핀 삽입통과 구멍을 포함함)의 위치에 대응하고, 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 표면에 생기는 요철부의 형상(높이, 또는 깊이)이 4 nm 이하, 및/또는 뒷면에 생기는 볼록부의 형상(높이)이 1O nm 이하인 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 표면 및/또는 뒷면의 요철부의 발생을 억제하고, 보다 양호한 평탄도를 갖는 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 얻을 수 있다. 특히, 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 뒷면에 생기면 볼록부의 형상을 억제함으로써, 디바이스 제조 공정에서 특히 웨이퍼의 뒷면을 웨이퍼 척(chuck)에 흡착 보유시키는 공정에서, 뒷면의 볼록형상이 표면측으로 전사되지 않고, 예를 들면 사진석판술(photolithograph) 등으로 좋지 못한 상황을 발생하는 경우는 없다.
본 발명에 의하면, 상측 가열장치와 하측 가열장치의 가열 비율을 조정함으로써, 리프트핀 부근에 형성되는 실리콘 에피택셜층의 표면 형상을 제어하거나, 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 뒷면에 생기는 요철부의 형상을 제어할 수 있기 때문에, 가열 비율을 적절하게 조정하고, 실리콘 웨이퍼에 기상 성장시킴으로써, 주표면에서의 실리콘 에피택셜층의 표면 형상을 평탄화할 수 있고, 서셉터에 형성된 관통구멍(리프트핀 삽입통과용 구멍을 포함)의 위치에 대응하여 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 뒷면에 요철부가 생기는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태를 나타내기 위한 것으로, 반응용기의 모식적인 정면 단면도이고, 특히, 기상성장 중의 상태를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 실시형태를 나타내기 위한 것으로, 반응용기의 모식적인 정면 단면도이고, 특히, 리프트핀에 의해 실리콘 웨이퍼를 서셉터 상에 지지한 상태를 도시하는 도면.
도 3은 종래의 에피택셜 제조방법의 과제를 나타내기 위한 것으로, 리프트핀 부근의 실리콘 에피택셜층의 표면 형상을 도시하는 도면.
도 4는 종래의 에피택셜 제조방법의 과제를 나타내기 위한 것으로, 리프트핀 부근의 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 뒷면 형상을 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 실시형태를 나타내기 위한 것으로, 리프트핀 부근의 실리콘 에피택셜층의 표면 형상을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 실시형태를 나타내기 위한 것으로, 리프트핀 부근의 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 뒷면 형상을 도시하는 도면.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.
우선, 본 실시형태의 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조방법에 있어서 사용되는 기상성장 장치의 적합한 일례로서, 매엽식(枚葉式:single wafer)의 기상성장 장치의 구성에 대하여 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 기상성장 장치(1)는 반응용기(11)와, 상기 반응용기(11)의 내부에 설치되어 실리콘 웨이퍼 W를 상면으로 지지하는 서셉터(20)를 구비하고 있다.
반응용기(11)에는, 상기 반응용기(11)내에 원료가스(예를 들면, 트리클로로실란) 및 캐리어 가스(예를 들면, 수소)를 포함하는 기상성장용 가스를 서셉터(20)의 상측의 영역에 도입하여 서셉터(20)상의 실리콘 웨이퍼 W의 주표면 상에 공급하는 기상성장용 가스 도입관(15)이 설치되어 있다.
또한, 반응용기(11)중의, 기상성장용 가스 도입관(15)이 설치된 측과 동일한 측에는, 반응용기(11)내에 퍼지가스(예를 들면, 수소)를 서셉터(20)의 하측의 영역에 도입하는 퍼지가스 도입관(16)이 설치되어 있다.
또한, 반응용기(11)중의, 기상성장용 가스 도입관(15) 및 퍼지가스 도입관(16)이 설치된 측과 반대측에는, 반응용기(11)내의 가스(기상성장용 가스 및 퍼지 가스)가 배기되는 배기관(17)이 설치되어 있다.
반응용기(11)의 외부에는, 상기 반응용기(11)를 상측으로부터 가열하는 상측 가열장치(상측 가열수단; 14a)와 하측으로부터 가열하는 하측 가열장치(하측 가열수단; 14b)가 설치되어 있다. 가열장치(14a, 14b)로서는, 예를 들면, 할로겐 램프 등을 들 수 있다.
또한, 상측 가열장치(14a) 및 하측 가열장치(14b)는, 후술하지만 각각의 가열 비율을 제어할 수 있도록 되어 있고, 가열 비율을 제어함으로써 본 발명에 따른 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 제조하는 것을 가능하게 하고 있다.
서셉터(20)는 예를 들면 탄화규소로 피복된 그래파이트(graphite)에 의해 구성되어 있다. 이 서셉터(20)는 예를 들면 대략 원판형으로 형성되고, 그 주표면에는 상기 주표면 상에 실리콘 웨이퍼 W를 위치 결정하기 위한 평면에서 보아 대략 원형상의 오목부인 스폿 페이싱(spot facing; 21)이 형성되어 있다.
스폿 페이싱(21)의 저면에는, 스폿 페이싱(21)에 적재된 실리콘 웨이퍼 W를 뒷면으로부터 지지함과 동시에, 실리콘 웨이퍼 W를 상하방향으로 이동하기 위한 리프트핀(13)이 삽입통과되는 리프트 핀용 구멍부(22)가 형성되어 있다.
리프트핀(13)은 둥근 막대형으로 형성된 동체부(13a)와, 상기 동체부(13a)의 상측단부에 형성되어 실리콘 웨이퍼 W를 지지하는 머리부(13b)를 구비하고 있다. 머리부(13b)는 실리콘 웨이퍼 W를 지지하기 쉽게 동체부(13a)의 직경과 비교하여 크게 형성되어 있다.
스폿 페이싱(21)의 실리콘 웨이퍼 W가 적재되는 위치에는, 서셉터(20)의 표 리로 관통하는 관통구멍(25)이 복수개 형성되어 있다. 기상성장 중, 퍼지가스의 수소는 관통구멍(25)을 통하여 서셉터(20)의 뒷면측으로부터 침입하고, 실리콘 웨이퍼 W의 뒷면에 형성되어 있는 자연산화막을 에칭 제거할 수 있다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼 W의 주변가장자리부를 스폿 페이싱(21)으로 지지하여 실리콘 웨이퍼 W의 뒷면과 관통구멍(25) 사이에 틈을 설치함으로써, 자연산화막의 에칭을 보다 균일하게 할 수 있다.
또한, 서셉터(20)의 뒷면에는, 상기 표면으로부터 서셉터(20)를 지지하는 서셉터 지지부재(12)가 설치되어 있다. 이 서셉터 지지부재(12)는 화살표 A로 나타내는 상하방향으로 이동 가능하고, 또한, 화살표 B로 나타내는 방향으로 회전 가능하게 되어 있다. 서셉터 지지부재(12)의 선단부에는 방사형으로 분기한 복수의 지지 아암(12a)이 설치되어 있다.
그리고, 지지 아암(12a)의 선단부는 서셉터(20)를 그 상면이 거의 수평이 되도록 서셉터(20)의 뒷면에 형성된 오목부(23)에 결합되어 있다. 또한, 지지 아암(12a)에는, 리프트핀(13)의 동체부(13a)가 삽입통과하는 구멍(12b)이 형성되어 있다.
다음으로, 상술한 구성의 기상성장 장치(1)를 사용하여, 실리콘 웨이퍼 W에, 실리콘 에피택셜층을 기상성장시킴으로써 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 제조하는 본 발명의 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조방법에 관해서 설명한다.
우선, 도 1에 도시하는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼 W를, 투입 온도(예를 들면 650℃)로 설정한 반응용기(11)내의 서셉터(20)에 의해 지지시킨다.
이것을 위해서는, 리프트핀(13)상에 실리콘 웨이퍼 W를 건네주기 위해서, 각 리프트핀(13)을 서로 대략 등량만큼 서셉터(20) 상면으로부터 상방으로 돌출하도록 상기 서셉터(20)에 대하여 상대적으로 상승시킨다. 즉, 서셉터 지지부재(12)를 하강시키는 동작에 동반시켜 서셉터(20)를 하강시켜 가고, 이 하강의 과정에서 리프트핀(13)의 하측 단부가 반응용기(11)의 내부 저면 등에 도달하면, 리프트핀(13)은 그 이상으로 하강할 수 없지만, 서셉터(20)는 더욱 하강한다. 이 때문에, 서셉터(20)에 대하여 상대적으로 리프트핀(13)이 상승하고, 도 2에 있어서 실리콘 웨이퍼 W가 없는 상태로 된다.
이렇게 서셉터(20)에 대하여 상대적으로 리프트핀(13)이 상승한 상태에서, 도시하지 않은 핸들러(handler)에 의해 실리콘 웨이퍼 W를 반응용기(11)내에 반송하고, 각 리프트핀(13)의 머리부(13b)에 의해 주표면을 위로 하여 실리콘 웨이퍼 W를 지지시킨다.
그리고, 핸들러를 후퇴시키는 한편으로, 서셉터 지지부재(12)를 상승시키는 것에 동반시켜, 서셉터(20)를 상승시켜 가고, 이 상승의 과정에서 스폿 페이싱(21)의 외주측 부분이 실리콘 웨이퍼 W의 뒷면에 도달하면, 그때까지 리프트핀(13)의 머리부(13b) 상에 지지되고 있던 실리콘 웨이퍼 W가, 스폿 페이싱(21)의 외주측부분에 의해 지지된 상태로 이행한다.
또한, 리프트핀용 구멍부(22)의 가장자리부가 리프트핀(13)의 머리부(13b)에 도달하면, 그때까지 반응용기(11)의 내부 저면 등에 의해 지지된 상태였던 리프트핀(13)은, 서셉터(20)에 의해 지지된 상태로 이행한다(도 1 참조).
이렇게 서셉터(20)에 의해 실리콘 웨이퍼 W를 지지시키면, 수소분위기의 반응용기(11)내에서 실리콘 웨이퍼 W에 열처리를 실시한다(수소 열처리 공정).
즉, 반응용기(11)내에 기상성장용 가스 도입관(15) 및 퍼지가스 도입관(16)을 각각 통하여 반응용기(11)내에 수소가스를 흘린 상태에서, 반응용기(11)내의 온도를 수소 열처리 온도(예를 들면, 1110℃ 이상 1180℃ 이하)로 되도록 상측 가열장치(14a) 및 하측 가열장치(14b)에 전력을 공급함으로써 가열한다. 이 때에, 서셉터 지지부재(12)를 연직축 주위로 회전 구동시킴으로써 서셉터(20) 및 실리콘 웨이퍼 W를 회전시킨다.
이로써, 실리콘 웨이퍼 W의 주표면의 자연산화막이 수소가스에 의해 에칭되어 제거된다. 또한, 실리콘 웨이퍼 W의 뒷면의 자연산화막도, 관통구멍(25)을 통하여 상기 뒷면에 도달한 수소가스에 의해 에칭된다. 이 때, 상측 가열장치(14a)와 하측 가열장치(14b)의 가열 비율을 조정함으로써, 뒷면의 자연산화막을 완전히 제거한다.
다음으로, 실리콘 웨이퍼 W의 주표면에 실리콘 에피택셜층을 기상성장시킨다(기상성장 공정).
즉, 반응용기(11)내를 상측 가열장치(14a)와 하측 가열장치(14b)의 가열 비율을 조정함으로써 소망의 온도(예를 들면, 1100℃ 이상 1150℃ 이하)로 설정하고, 기상성장용 가스 도입관(15)을 통하여 실리콘 단결정 기판 W의 주표면 상에 기상성장용 가스를 공급함과 동시에, 퍼지가스 도입관(16)을 통하여 수소가스를 공급하고, 실리콘 웨이퍼 W의 주표면 상에 실리콘 에피택셜층을 기상성장시켜 실리콘 에 피택셜 웨이퍼를 제조한다.
여기에서, 어플라이드 머티리얼즈사(Applied Materials, Inc.) 제조의 에피택셜 성장 장치(Centura 300Epi) 3대(장치 A, B, C)를 사용하여, 상측 가열장치(14a)와 하측 가열장치(14b)의 가열 비율(전력 배분 비율)을, 메이커의 표준인 (42%:58%)로 장치마다 기상성장시키고, 이 때에 각각 얻어지는 실리콘 에피택셜 웨이퍼에 대하여, 리프트핀(13) 부근의 실리콘 에피택셜층의 표면 형상을 측정한 예를 도 3에 도시한다.
또한, 표면 형상은 광학식 웨이퍼 형상 측정장치(ADE사 제조 Nanomapper)로 측정하고, 도 3의 종축은 리프트핀(13)의 주변을 기준으로 한 경우의 실리콘 에피택셜층의 표면 형상을 나타내고, 횡축은 리프트핀(13)에 대응하는 위치로부터의 거리를 나타내고 있다. 도 3이 도시하는 바와 같이, 장치마다에 의해서 실리콘 에피택셜층의 표면 형상이 다르고, 불균일함이 있는 것을 알 수 있다.
또한, 상기에서 얻어진 리프트핀(13) 부근의 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 뒷면 형상을 동일하게 측정한 결과를 도 4에 도시한다. 실리콘 에피택셜층의 표면 형상과 마찬가지로, 장치마다 다른 형상으로 되고, 불균일함이 있는 것을 알 수 있다.
또한, 이 위치는 서셉터에 형성된 리프트핀 삽입통과용 구멍부에 대응하여, 동일한 서셉터에 형성된 관통구멍의 위치에 대응하여 생기는 볼록부와 마찬가지로 리프트핀과 삽입통과용 구멍의 틈(링형)에 의해서 뒷면에 볼록부가 형성시킨다. 단 이 경우, 볼록부는 틈의 외측에 링형으로 형성된다. 또한, 링형 볼록부의 내측이 오목하게 되는 경우도 있다.
이 결과에 기초하여, 이하에, 본 발명의 실시예를 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다.
실시예
리프트핀 방식에 의한 기상성장 장치 A를 사용하여, 상측 가열장치(14a)와 하측 가열장치(14b)의 가열 비율을, (44%:56%), (46%:54%), (48%:52%)로 변화시켜 에피택셜 성장하였다. 그리고, 이 때에 각각 얻어진 실리콘 에피택셜 웨이퍼에 대하여, 리프트핀(13) 부근의 실리콘 에피택셜층의 표면 형상을 측정한 결과를 도 5에 도시한다.
도 5의 결과로부터, 하측 가열장치(14b)의 출력을 상측 가열장치(14a)에 비하여 상대적으로 낮출수록(예를 들면, 하측 가열장치의 출력이 52%의 경우), 리프트핀(13)에 대응하는 위치에 있어서의 실리콘 에피택셜층의 표면 형상이 볼록하게 되는 것을 알 수 있다. 즉, 하측 가열장치(14b)의 출력을 낮추면 서셉터(20)의 온도가 내려가기 때문에, 실리콘 웨이퍼 W의 뒷면의 온도가 저하하고, 주표면의 온도도 저하한다. 그런데, 리프트핀(13)의 상부에는, 서셉터(20)와의 사이에 공간이 있고, 거기에서는 서셉터(20)와 비교하여 열이 전해지기 어렵기 때문에, 뒷면 온도의 저하가 억제된다. 그 때문에, 리프트핀(13)에 대응하는 주표면의 온도가 그 주변과 비교하여 상대적으로 상승하고, 성장 속도도 높아진다. 이 결과, 주표면에서의 리프트핀(13) 부근의 실리콘 에피택셜층의 표면 형상이 볼록하게 된다고 생각된다.
반대로, 하측 가열장치(14b)의 출력을 상대적으로 올릴 수록(예를 들면, 하 측 가열장치의 출력이 56%인 경우), 리프트핀(13)에 대응하는 위치에 있어서의 실리콘 에피택셜층의 표면 형상이 오목하게 되었다. 즉, 하측 가열장치(14b)의 출력을 올림으로써 서셉터(20)의 온도가 올라가기 때문에 실리콘 웨이퍼 W의 뒷면온도가 상승하여 주표면의 온도도 상승하지만, 실리콘 웨이퍼 W의 리프트핀(13) 부근에서는, 서셉터(20)와 비교하여 열이 전해지기 어렵기 때문에, 뒷면 온도의 상승이 억제된다. 그 때문에, 리프트핀(13)에 대응하는 주표면의 온도가 그 주변과 비교하여 상대적으로 저하하고, 성장 속도도 상대적으로 저하한다. 그 결과, 주표면에서의 리프트핀(13) 부근의 실리콘 에피택셜층의 표면 형상이 오목하게 된다고 생각된다.
한편, 도 6이 도시하는 바와 같이, 상술한 바와 같이 하여 얻어진 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 뒷면에는, 하측 가열장치(14b)의 출력을 상대적으로 올릴수록, 뒷면으로의 실리콘막의 성장 속도가 높아지기 때문에, 관통구멍(25; 리프트핀 삽입통과용 구멍을 포함)에 대응하여 볼록 형상의 실리콘막(즉 볼록부)이 형성되기 쉽다. 반대로, 하측 가열장치(14b)의 출력을 상대적으로 낮출수록, 실리콘 웨이퍼 W의 뒷면으로의 실리콘막의 성장 속도가 낮아지고, 상기 뒷면에 실리콘막이 성장되기 어려워진다.
단, 하측 가열장치(14b)의 출력을 지나치게 낮추면, 상기한 바와 같이 리프트핀(13)에 대응하는 위치에 있어서의 실리콘 에피택셜층의 표면 형상이 볼록하게 되기 때문에, 실리콘 에피택셜층의 표면 형상과 뒷면의 볼록부의 쌍방이 허용범위 내로 되도록 가열장치(14a, 14b)의 출력을 조정하는 것이 바람직하다.
여기에서, 뒷면의 형상이 볼록한 경우는, 디바이스 제조 공정에서 특히 웨이퍼의 뒷면을 웨이퍼 척에 흡착 보유시키는 공정에서, 뒷면의 볼록 형상이 표면측으로 전사하고, 예를 들면 사진석판술 등에서 불량을 발생하는 경우가 있어 바람직하지 못하다.
이상의 결과로부터, 상측 가열장치(14a)와 하측 가열장치(14b)의 가열 비율을 조정함으로써, 리프트핀(13) 부근에 형성되는 실리콘 에피택셜층의 표면 형상을 제어하거나, 실리콘 웨이퍼 W의 뒷면에 생기는 요철부의 형상을 제어할 수 있기 때문에, 상기 결과에 기초하여 가열 비율을 장치마다 적절하게 조정하고, 실리콘 웨이퍼 W에 기상성장시킴으로써, 주표면에서의 실리콘 에피택셜층의 표면 형상을 평탄화할 수 있고, 서셉터에 형성된 관통구멍(리프트핀 삽입용 구멍을 포함)의 위치에 대응하여 실리콘 웨이퍼의 뒷면에 생기는 요철부의 발생을 억제할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조방법은, 기상성장 장치를 사용하여, 서셉터 상의 실리콘 웨이퍼의 주표면에 실리콘 에피택셜층을 기상성장시킬 때에 유용하고, 특히, 주표면에서의 실리콘 에피택셜층의 표면 형상을 종래보다 평탄하게 할 수 있고, 또한, 서셉터에 형성된 관통구멍(리프트핀 삽입용 구멍을 포함)의 위치에 대응하여 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 뒷면에 요철부가 생기는 것을 억제할 수 있는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조방법에 적합하다.
*부호의 설명
W: 실리콘 웨이퍼 1: 기상성장 장치
11: 반응용기 13: 리프트핀
14a: 상측 가열장치(상측 가열수단) 14b: 하측 가열장치(하측 가열수단)
20: 서셉터 25: 관통구멍

Claims (3)

  1. 반응용기와, 상기 반용용기 내에 배치되어 상면에 실리콘 웨이퍼가 적재되는 서셉터와, 상기 서셉터에 대하여 승강 동작 가능하게 설치되고, 실리콘 웨이퍼를 하면측으로부터 지지한 상태에서 승강 동작하는 것에 동반시켜 서셉터 상에 실리콘 단결정 기판을 착탈하기 위한 리프트핀과, 상기 서셉터를 상방으로부터 가열하는 상측 가열수단과, 상기 서셉터를 하방으로부터 가열하는 하측 가열수단을 구비하는 기상성장 장치를 사용하여, 상기 서셉터 상의 실리콘 웨이퍼의 주표면에 실리콘 에피택셜층을 기상성장시킴으로써 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 제조하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조방법에 있어서,
    상기 상측 가열수단과 상기 하측 가열수단의 가열 비율을 조정하고, 실리콘 웨이퍼의 주표면 중의 상기 리프트핀 부근에 형성되는 실리콘 에피택셜층의 표면 형상을 제어하는 것을 특징으로 하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조방법.
  2. 반응용기와, 상기 반용용기 내에 배치되어 상면에 실리콘 웨이퍼가 적재되는 서셉터와, 상기 서셉터의 상기 실리콘 웨이퍼가 적재되는 위치에 형성된 관통구멍(리프트핀 삽입통과용 구멍을 포함)과, 상기 서셉터를 상방으로부터 가열하는 상측 가열수단과, 상기 서셉터를 하방으로부터 가열하는 하측 가열수단을 구비하는 기상성장 장치를 사용하여, 상기 서셉터 상의 실리콘 웨이퍼의 주표면에 실리콘 에피택셜층을 기상성장시킴으로써 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 제조하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조방법에 있어서,
    상기 상측 가열수단과 상기 하측 가열수단의 가열 비율을 조정함으로써, 실리콘 웨이퍼의 뒷면에 형성되는 요철부의 형상을 제어하는 것을 특징으로 하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조방법.
  3. 실리콘 웨이퍼가 적재되는 위치의, 리프트핀 부근 및/또는 서셉터에 형성된 관통구멍(리프트핀 삽입통과 구멍을 포함함)의 위치에 대응하고, 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 표면에 생기는 요철부의 형상(높이, 또는 깊이)이 4 nm 이하 및/또는 뒷면에 생기는 볼록부의 형상(높이)이 10 nm 이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 에피택셜 웨이퍼.
KR1020067006150A 2003-10-01 2004-09-27 실리콘 에피택셜 웨이퍼의 제조방법 및 실리콘 에피택셜웨이퍼 KR20060060735A (ko)

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