KR20080025332A - 오토-도핑 및 후면 결함이 감소된 에피택셜 증착을 위한웨이퍼 처리 하드웨어 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른, 피택셜 층을 기판의 정면 상에 증착하는 에피택셜 증착 공정 중에 기판 후면 상의 결함과 기판 정면 상의 오토-도펀트를 감소시키는 장치는 서셉터의 후면과 서셉터 판 사이의 영역을 포함하며 조절가능한 두께를 가지는 웨이퍼 간극 영역을 형성하는 수단, 상기 기판의 정면 위로 불활성 가스의 흐름을 차단 또는 금지하면서 불활성 가스에 의해 상기 웨이퍼 간극 영역으로부터 오토-도펀트를 배기시키는 수단, 및 상기 기판 후면 표면의 근처로 반응물 가스의 흐름을 차단 또는 금지하면서 상기 기판 정면의 표면 위로 반응물 가스를 유동시키는 수단을 포함한다.

Description

오토-도핑 및 후면 결함이 감소된 에피택셜 증착을 위한 웨이퍼 처리 하드웨어 {WAFER PROCESSING HARDWARE FOR EPITAXIAL DEPOSITION WITH REDUCED AUTO-DOPING AND BACKSIDE DEFECTS}
본 발명의 실시예들은 반도체 기판 처리 장치 및 그 장치를 사용하는 방법에 관한 것이다. 특히, 오토-도핑(auto-doping) 및 후면 결함이 감소되게 에피택셜 반도체 층을 증착하는 장치 및 그 장치를 사용하는 방법에 관한 것이다.
도 1a는 에피택셜 증착에 사용될 수 있는 에피택셜 처리 장치(100)에 관한 것이다. 상부 가열 램프(106)에 의해 가열될 수 있는 기판(102)이 하부 가열 램프(107)에 의해 가열될 수 있는 서셉터(104) 위에 위치된다. 석영일 수 있는 상부 돔(108)과 하부 돔(109)은 처리 챔버(113)를 에워싸고 있다. 리프트 아암(101)과 서셉터 아암(105)은 서로 분리되도록 이동됨으로써 서셉터(104)로부터 기판(102)을 분리시키며, 처리된 기판(102)이 로봇(도시 않음)에 의해 처리 챔버(113)로부터 이동되고 미처리 기판(102)에 의해 교체되도록 위치된다.
저 도핑(low doped) 반도체 층을 고 도핑 기판 상에 에피택셜 증착하는 것은 종종, 에피택셜 저 도핑 층을 실질적으로 오토-도핑하는 결과를 초래한다. 도 1b 를 참조하면, 고온 에피택셜 증착 공정 중에 기판(102)의 후면으로부터의 도펀트(dopant)는 기판(102)으로부터 웨이퍼-서셉터 간극(112)으로 확산된다. 웨이퍼-서셉터 간극(112) 내에 도펀트가 증가하는 경우에, 일부의 도펀트는 기판(102)의 에지 주변으로부터 에피택셜 층이 형성될 기판(102)의 상부측으로 이동하게 된다. 이러한 현상은 오토-도핑(110)으로서 공지되어 있으며 특히, 기판(102)의 에지 근처에 형성될 에피택셜 층에 혼합되는 오토-도펀트(110)를 초래한다. 도 1c는 저항에 대한 오토-도핑 효과(111)를 입증한다. 과잉 오토-도펀트(110)는 에지 근처에 있는 에피택셜 층의 저항을 낮춰서 고 도핑 기판(102) 상에 형성될 에피택셜 층의 최대 저항을 제한하게 된다. 이러한 문제점은 특히, 붕소가 고 도핑 P+ 기판(102) 내의 도펀트일 때 발생된다.
기판(102) 후면을 산화시키는 것은 P+ 기판(102)의 후면을 밀봉하는 것을 도와줌으로써 웨이퍼-서셉터 간극(112)으로의 도펀트의 영외 확산을 감소시킨다. 후면 밀봉은 효과적이지만, 이러한 방법은 산화물이 증착되어 제거되어야 하는 적어도 두 개의 추가 단계를 필요로 하기 때문에 고비용을 초래할 수 있다.
다른 방법으로는 에피택셜 증착 공정 중에 처리 온도를 낮춤으로써 웨이퍼-서셉터 간극(112)으로의 도펀트 확산을 실질적으로 낮추는 방법이 포함된다. 이러한 방법이 오토-도핑을 감소시키는데 효과적이지만, 기판(102) 상의 에피택셜 성장 비율을 실질적으로 감소시킴으로써 생산성을 실질적으로 감소시킨다.
또 다른 방법으로는 전체 웨이퍼에 걸쳐 더욱 균일한 저항율을 제공하기 위해 웨이 퍼의 중간에 많은 도펀트를 추가하는 방법이다. 그러나, 이러한 방법은 저 저항 에피택셜 층의 증착에만 효과적이다. 이러한 방법은 단지 약 1.5 내지 3.0 Ω/sq. 범위의 에피택셜 층에만 한정된다.
본 발명은 기판의 정면측에 에피택셜 층을 형성하기 위한 에피택셜 증착 공정 중에 기판 후면 상의 결함과 기판 정면 상의 오토-도핑을 감소시키기 위한 장치에 관한 것이다. 실시예들에서, 기판은 심하게 도핑될 수 있다. 실시예들에서, 기판은 심하게 도핑된 단결정 실리콘 또는 단결정 실리콘-게르마늄 재료를 포함할 수 있다. 실시예들에서, 에피택셜 층은 약간 도핑된 단결정 실리콘 또는 단결정 실리콘-게르마늄 재료를 포함할 수 있다. 실시예들은 조절가능한 두께를 가지며기판의 후면과 서셉터 판 사이에 영역을 가지는 웨이퍼 간극 영역을 형성하는 수단, 기판의 정면측 위로 불활성 가스의 흐름을 방해하거나 금지하면서 불활성 가스의 흐름으로 상기 웨이퍼 간극 영역으로부터 오토-도펀트를 배기시키는 수단, 및 기판의 후면 표면 근처에서의 반응물 가스의 흐름을 방해하거나 금지하면서 기판의 정면 표면 위로 반응물 가스를 유동시키는 수단을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들은 기판의 후면과 서셉터 판 사이에 웨이퍼 간극 영역을 제공하는 것에 관한 것이다. 실시예들에서, 웨이퍼 간극 영역은 오토-도펀트를 제거하도록 배기될 수 있다. 몇몇 실시예들은 불활성 가스의 흐름과 반응물 가스의 흐름 사이에 배리어를 제공하는 것에 관한 것이다. 실시예들은 에피택셜 층이 증착될 기판의 정면 상에 있는 약간 도핑된 에피택셜 반도체 층과 결합되는 오토-도펀트의 농도를 감소시키는 것에 관한 것이다.
실시예들은 웨이퍼 간극 영역을 통해 실질적인 양의 불활성 가스를 유동시키는 단계를 포함할 수 있는 웨이퍼 간극 영역을 배기시키는 수단을 제공할 수 있다. 웨이퍼 간극 영역을 통해 실질적인 양의 불활성 가스를 유동시키는 것은 오토-도펀트와 불활성 가스의 혼합은 오토-도펀트가 웨이퍼 간극 영역으로부터 제거될 수 있게 하는 우세한 메카니즘이다.
실시예들은 기판 상에 에피택셜 층을 증착시키기 위해 서셉터 판 위에 기판을 지지하는 에피택셜 장치를 사용하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 에피택셜 반응 장치의 처리 챔버 내부의 서셉터 상에 스페이서와 웨이퍼 처리 구조물을 제공하는 단계, 정면과 후면을 포함하는 기판을 제공하는 단계, 웨이퍼 간극 영역 근처 및 기판 후면 아래의 처리 챔버 내측으로 불활성 가스를 유동시키는 단계, 기판의 정면으로 처리 챔버 내측의 반응물 가스를 유동시키는 단계, 상기 반응물 가스로부터 상기 기판 정면 상의 약간 도핑된 에피택셜 반도체 층을 성장시키는 단계, 및 상기 웨이퍼 간극 영역으로부터 그리고 상기 처리 챔버로부터 웨이퍼 처리 구조물의 상부 아래로 상기 불활성 가스 함유 오토-도펀트를 배기하는 단계를 포함하며, 상기 웨이퍼 처리 구조물은 웨이퍼 지지 링 및 상기 웨이퍼 지지 링에 부착되는 웨이퍼 홀더 구조물을 포함하며, 상기 서셉터는 상기 웨이퍼 지지 링과 접촉하고 서셉터 판 위에 위치될 수 있으며, 상기 서셉터는 상기 서셉터 판과 상기 기판의 후면 사이에 웨이퍼 간극 영역을 제공하도록 상기 서셉터 판 위에 상기 웨이퍼 지지 링을 위치시킬 수 있으며, 상기 기판의 후면은 심하게 도핑된 반도체를 포함할 수 있다.
조절가능한 스페이서에 의해 웨이퍼 간극 영역을 조절하는 실시예들도 제공된다. 실시예들은 웨이퍼 간극 영역에서 오토-도펀트의 농도를 감소시키고 불활성 가스의 흐름과 별도로 반응물 가스의 흐름을 유지시키는 배리어를 제공함으로써 기판의 정면에 있는 약간 도핑된 에피택셜 반도체 층에 오토-도펀트 오염물이 결합될 위험성을 감소시키고 기판 후면 상에 에피택셜 재료가 증착되는 것을 감소시킨다. 실시예들은 또한, 에피택셜 층의 증착 중에 서셉터 판, 웨이퍼 처리 구조물, 및 기판을 회전시키는 것도 포함한다.
이후의 설명에서, 본 발명의 다양한 일면들이 설명되며 본 발명의 확실한 이해를 위해 그에 대한 다양한 세부 사항들이 설정될 것이다. 그러나, 본 기술 분야의 당업자들에는 본 발명의 단지 일부 또는 모든 일면들만이 실시되었으며 본 발명은 특별한 세부 사항 없이도 실시될 수 있다는 것을 이해될 것이다. 다른 예로서, 공지된 특징들은 본 발명을 명확하게 하도록 허용되거나 단순화되었다.
도 1a 내지 도 13은 단지 예시적인 것이며 축척대로 도시된 것이 아니라고 이해해야 한다. 임의의 예시적인 실시예가 설명되고 도면에 도시되었지만, 그러한 실시예들은 단지 예시적인 것뿐이며 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니며 본 발명은 본 기술분야의 당업자들에 변경예들이 있을 수 있기 때문에 설명되고 도시된 특정 구성과 배열에 제한되지 않는다.
본 명세서에서 "하나의 실시예" 또는 "실시예"란 실시예와 관련하여 설명된 특별한 특징, 구조, 또는 특성들이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 본 명세서의 다수의 부분에서 "일 실시예"란 문구의 출현은 반드시 동일한 실시예만을 인용하는 것이 아니며 다른 실시예들 상호 배척하는 별도의 대체 실시예가 아니다. 또한, 몇몇 실시예에 적용될 수 있지만 다른 실시예에는 적용될 수 없는 다수의 특징들도 설명되어 있다. 유사하게, 몇몇 실시예에는 필요하지만 다른 실시예에는 그렇지 않은 다수의 필수 요건들도 설명되어 있다.
몇몇 실시예들은 기판 후면으로부터의 오염물이 기판의 정면을 오염시키는, 화학 기상 증착(CVD)과 같은 어떤 고온 공정과 실리콘 절연(SOI) 기판을 형성하는데 본 발명이 적용될 수 있을 것이다. 그러나, 설명되는 대부분의 실시예들은 일반적으로 에피택셜 증착 장치와 공정에 관한 것이지만, 단지 에피택셜 장치 및 공정에만 실시예들을 한정하고자 하는 것은 아니다. 실시예들에서, 기판은 심하게 도핑된 재료를 포함할 수 있다. 실시예들에서, 심하게 도핑된 기판은 심하게 도핑된 반도체를 포함할 수 있다. 실시예들에서, 기판은 심하게 도핑된 단결정 실리콘이나 단결정 실리콘-게르마늄 재료를 포함할 수 있다. 실시예들에서, 기판은 절연 기판 상에 실리콘을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 에피택셜 층은 약간 도핑된 단결정 실리콘이나 단결정 실리콘-게르마늄 재료를 포함할 수 있다.
도 2c에 도시된 실시예는 도 13에 도시된 오토-도핑이 감소된 에피택셜 장치(1300)에 사용될 수 있는, 기판(202)과 서셉터 판(205) 사이에 웨이퍼 간극 영역(215)을 제공하는 것에 관한 것이다. 실시예들에서, 웨이퍼 간극 영역(215)은 오토-도펀트(217)를 제거하도록 배기될 수 있다. 또한, 몇몇 실시예들은 불활성 가스 흐름(218,219)과 반응물 가스 흐름(221,222) 사이에 배리어를 제공한다. 실시예들에서, 반응물 가스(221)는 단 결정 실리콘 또는 단 결정 실리콘-게르마늄 에피택셜 층을 형성하는데 사용되는 실리콘 전구체 가스를 포함할 수 있다. 실리콘 전구체 가스의 실시예로는 SiH4 또는 실란 가스를 포함할 수 있다. 실시예들에서, 반응물 가스(221)는 단 결정 실리콘-게르마늄 에피택셜 층을 형성하는데 사용되는 게르마늄 전구체를 포함할 수 있다. 게르마늄 전구체 가스의 실시예로는 GeH4가 포함될 수 있다. 실시예들에서, 반응물 가스(221)는 단 결정 에피택셜 층을 형성하는데 사용되는 하나 이상의 도펀트 전구체를 포함할 수 있다. 도펀트 전구체 가스의 실시예로는 디보란 또는 보란을 포함할 수 있다. 에피택셜 층을 형성하거나 도핑하기 위한 반응물 가스(221)는 본 기술분야에 잘 공지되어 있다.
웨이퍼 간극 영역(215)을 배기시키는 것은 웨이퍼 간극 영역(215)에서 오토-도펀트(217)의 농도를 실질적으로 감소시키는 결과를 초래한다. 오토-도펀트(217) 농도의 감소는 기판(202)의 정면으로 이동되어 기판(202) 상에 형성될 에피택셜 층을 오염시킬 수 있는 오토-도펀트(217)의 양을 감소시킬 것이다. 몇몇 실시예에서, 기판(202)의 후면과 정면 사이의 배리어는 기판(202)의 정면으로 이동되어 에피택셜 층을 오염시키는 오토-도펀트(217)의 양을 감소시킬 것이다.
기판(202)의 후면과 정면 사이의 배리어는 반응물(221,222)이 기판(202)의 후면으로부터 정면으로 흐르는 것을 차단시키는데 도움을 줄 것이다. 기판(202)의 후면으로부터 반응물(221,222)을 차단시키는 것은 기판(202) 후면에 에피택셜 재료 가 증착되는 것을 감소시킬 것이다. 기판(202)의 후면에 증착되는 에피택셜 재료는 기판(202)이 평탄하게 놓이도록 후속 공정에서 제거되어야 하며, 이는 이미지의 수평화가 중요한 리소그래피 공정에서 특히 중요하다. 기판(202) 후면의 에칭과 같은 과잉의 처리 단계과 관련된 불필요한 비용 이외에도, 스크래치와 헤이즈(haze)와 같은 후면 결함의 형성 위험을 증가시킨다.
도 2a는 도 13에 도시된 오토-도핑이 감소된 에피택셜 장치(1300)에 사용될 수 있는 서셉터 판(205) 상에 설치된 웨이퍼 처리 구조물(200)의 실시예를 도시하는 3차원 도면이다. 웨이퍼 처리 구조물(200)은 서셉터판(205) 위에 기판(202)을 지지한다. 웨이퍼 처리 구조물(200)은 웨이퍼 지지 링(220) 및 웨이퍼 지지 링(220)에 부착되는 웨이퍼 홀더 구조물(203)을 포함하며, 웨이퍼 홀더 지지물(203)은 처리 위치에 기판(202)을 지지한다. 몇몇 실시예에서, 웨이퍼 지지 링(220)은 서셉터 판(205) 내에 위치되는 자립형 핀 슬롯(213) 내에 삽입되는 조절가능한 자립형 핀 스페이서(212)에 의해 위치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 위치된 웨이퍼 지지 링(220)은 서셉터 판(205)에 대략 평행할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 웨이퍼 처리 구조물(200)은 서셉터 판(205)에 대해 조금 경사져 있으며, 여기서 기판(202)은 웨이퍼 처리 구조물(200)에 의해 유지된 기판(202)이 분사 측에서 조금 더 낮고 배기 측에서 조금 더 높다. 도 2c에 도시된 실시예에서, 웨이퍼 홀더 구조물(203)은 선반(shelf)일 수 있으며 단일 유닛으로서 웨이퍼 지지 링(220)과 함께 구성될 수 있다.
웨이퍼 지지 링(220)의 실시예는 실리콘 탄화물, 석영, 그래파이트, 실리콘 질화물, 알루미늄 질화물, 또는 이들의 임의의 조합물로 구성되는 그룹에서 선택된 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다. 웨이퍼 홀더 구조물(203)의 실시예는 실리콘 탄화물, 석영, 그래파이트, 실리콘 질화물, 알루미늄 질화물, 또는 이들의 임의의 조합물로 구성되는 그룹에서 선택된 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다. 스페이서(212)의 실시예는 실리콘 탄화물, 석영, 그래파이트, 실리콘 질화물, 알루미늄 질화물, 또는 이들의 임의의 조합물로 구성되는 그룹에서 선택된 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 웨이퍼 처리 구조물(200)의 임의의 구성 성분, 또는 그 구성성분들의 임의의 조합물은 실리콘 탄화물, 석영,그래파이트, 실리콘 질화물, 알루미늄 질화물, 또는 이들의 임의의 조합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 웨이퍼 처리 구조물(200)의 임의의 성분 또는 이들 성분들의 임의의 조합물은 에피택셜 공정을 처리하고 견디기 위한 구조적 일체성을 유지하기에 충분히 두꺼우나 웨이퍼 처리 구조물(200)에 대해 낮은 열량을 제공하기에 충분히 얇은 재료로 구성될 수 있다. 웨이퍼 처리 구조물(200)의 낮은 열량은 웨이퍼 처리 구조물(200)의 신속한 가열과 냉각을 제공할 수 있다. 웨이퍼 처리 구조물(200)의 신속한 가열과 냉각은 처리될 기판(202)의 신속한 가열과 냉각을 촉진하는데 도움을 줄 수 있다. 에피택셜 장치의 생산력은 낮은 열량의 웨이퍼 처리 구조물(200)에 의해 증가될 수 있다. 실시예에서, 웨이퍼 지지 링(220)의 벽의 두께는 약 0.002 인치 내지 약 0.3 인치 사이일 수 있다. 일 실시예에서, 웨이퍼 지지 링(220)의 벽의 두께는 약 0.005 인치 내지 약 0.015 인치 범위일 수 있다.
도 2c에 도시된 실시예는 기판(202)의 후면과 대향하는 서셉터 판(205)의 상부면이 대략 평탄함을 도시하고 있다. 평탄한 상부면을 갖는 서셉터 판(205)은 기판(202) 전체에 결친 온도 균일성을 개선한다. 에피택셜 층의 성장률은 처리 중에 기판의 온도에 의존한다. 그러므로, 개선된 온도 균일성은 아마도 기판(202) 전체에 걸친 두께 균일도를 개선한다.
도 2b는 웨이퍼 지지 링(220)과 스페이서(212)가 서셉터 판(205)으로부터 분리될 수 있는 실시예의 분해도이다. 몇몇 실시예는 웨이퍼 간극 영역(215)의 두께를 조절할 수 있는 조절 가능한 서셉터(212)를 제공한다. 도 2b 및 도 2c에 도시된 실시예에서, 스페이서는 스탠드-오프 핀(212)을 포함한다. 도 4에 도시된 실시예에서, 스탠드-오프 핀(212)은 서셉터 판(205) 내의 스탠드-오프 핀 슬롯(213) 내측에 끼워 맞춰지는 핀 돌기(417)를 포함한다. 실시예에서, 핀 립(418)은 서셉터 판(205) 상에 놓여서 서셉터 판(205) 위에 스페이서 높이를 정밀하고 일정하게 유지하는 수단을 제공한다. 일 실시예에서, 핀 스크류(216)는 스탠드-오프 핀 스페이서(212)를 웨이퍼 지지 링(220)에 부착시키는데 사용될 수 있다. 도 3b는 스탠드-오프 핀 스페이서(212)가 핀 스크류(216)에 의해 지지 링 스커트(301)에 부착되는 실시예를 도시한다. 일 실시예에서, 스탠드-오프 핀 스페이서(212)는 웨이퍼 지지 링(220)으로부터 분리될 수 있으며 다른 크기의 스탠드-오프 스페이서(212)와 교체될 수 있다. 그러므로, 웨이퍼 간극 영역(212)의 두께는 상이한 크기의 스페이서(212)를 사용함으로써 조절될 수 있다. 일 실시예에서, 웨이퍼 간극 영역(215)은 약 0.1 인치 내지 약 0.3 인치 범위의 두께를 가진다. 일 실시예에서, 웨이퍼 간극 영역(215)은 약 0.15 내지 약 0.25 인치 범위의 두께를 가진다.
도 2c는 오토-도펀트(217)가 기판(202)의 후면으로부터 웨이퍼 간극 영역(215)으로 확산될 수 있는 실시예를 도시한다. 웨이퍼 간극 영역(215)은 분사된 불활성 가스(218)에 의해 통풍될 수 있으며, 여기서 오토-도펀트(217)는 분사된 불활성 가스(218)와 혼합된 후에 배기 불활성 가스(219)가 되며, 그 후 처리 챔버로부터 배기될 수 있다. 불활성 가스(218)가 웨이퍼 간극 영역(215)을 통해 흘러 웨이퍼 간극 영역(215)으로부터 오토-도펀트(217)를 배기하며, 오토-도펀트(217)가 고온 처리 공정 중에 기판(202)의 후면으로부터 확산되는 도펀트를 포함하는 다수의 실시예가 제공된다. 일 실시예에서, 고온 공정은 에피택셜 증착을 포함한다.
도 2c에 도시된 실시예는 분사된 반응물 가스(221)가 기판(202)의 정면 위로 유동시키고 배기 반응물 가스(222)가 기판(202)으로부터 멀리 유동시도록 제공된다. 일 실시예에서, 기판(202)은 에지에 지지될 수 있으며, 기판(202)의 후면 상으로 반응물 가스(221)의 흐름에 대한 장벽을 제공함으로써, 기판(202)의 후면 상에 에피택셜 재료가 증착되는 것을 감소시키는데 도움을 준다.
도 9a 내지 도 9f는 선반, 베벨, 립, 돌기, 핑거, 또는 이들의 임의의 조합물로 구성되는 웨이퍼 홀더 구조물(203)의 실시예를 도시한다. 도 9a는 웨이퍼 홀더 구조물(203)이 웨이퍼 지지 링(220)에 부착될 수 있는 웨이퍼 홀더 베벨(901)을 포함하는 실시예를 도시한다. 도 9b는 웨이퍼 홀더 베벨(901)이 기판(202)의 에지에 안착되는 노치(902)를 포함하는 실시예를 도시한다. 도 9c는 웨이퍼 홀더 구조 물(203)이 웨이퍼 지지 링(220)에 부착될 수 있는 웨이퍼 홀더 선반(908)을 포함하는 실시예를 도시한다. 도 9d는 웨이퍼 홀더 구조물(203)이 웨이퍼 지지 링(220)에 부착될 수 있는 웨이퍼 홀더 돌기(909)를 포함하는 실시예를 도시한다. 일 실시예에서, 정렬 링(910)은 웨이퍼 지지 링(220)에 부착되고 기판(202)이 웨이퍼 홀더 돌기(909)와 정렬되게 위치될 수 있다. 정렬 링(910)도 후면으로부터 정면으로 기판(202)의 에지 주위로 흐르는 오토-도펀트(217)에 대한 배리어로서 작용할 수 있다.
도 9e는 웨이퍼 홀더 구조물(203)이 웨이퍼 지지 링(220)에 부착될 수 있는 웨이퍼 홀더 핑거(912)를 포함하는 실시예를 도시한다. 웨이퍼 홀더 핑거(912)는 3 개 이상의 지점에서 기판(202)과 접촉할 수 있다. 일 실시예에서, 웨이퍼 홀더 핑거(912)의 열량과 기판(202) 상의 접촉 지점의 열량은 기판(202) 상의 고온 또는 저온 스폿의 원인이 되지 않도록 일치된다.
일 실시예에서, 정렬 핀(911)은 웨이퍼 지지 링(220)의 내측 에지에 위치되어서 로딩될 기판(202)이 정위로 더 안내된다. 정렬 핀(911)은 기판(202)이 웨이퍼 지지 링(220)의 상부면 또는 하부에 위치될 때 사용되어서, 웨이퍼 지지 링(220)의 내측 벽이 기판(202)의 정면으로 오토-도펀트(217)가 흐르는 것에 대한 배리어로서 역할을 하는 장점을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 정렬 핀(910)은 기판(202)이 웨이퍼 지지 링(220)의 위에 위치될 때 사용될 수 있으며, 이는 기판(202)의 에지 주위로 가스 및 재료가 흐르는 것에 대한 배리어를 형성하는데 도움을 주는 장점을 제공한다.
웨이퍼 홀더 구조물(203)의 실시예는 웨이퍼 홀더 구조물(203)과 기판(202)이 기판(202)의 전체 주변부를 따라, 기판(202)의 후면과 기판(202)의 정면 사이로 가스와 재료가 통행하는 것에 대한 배리어를 형성한다. 도 2c, 도 9a 내지 도 9d에 도시된 몇몇 실시예에서, 웨이퍼 홀더 구조물(203)은 기판(202)의 에지에서 기판(202)을 지지한다. 기판(202)을 에지에서 지지하는 것은 기판(202)의 정면으로 흐르는 오토-도펀트(217)에 대한 배리어를 제공하는데 도움을 주는 장점을 제공한다.
기판(202)의 정면으로부터 기판의 후면으로 불활성 가스의 흐름을 차단하는 장점은 오토-도핑의 위험을 감소시키는 결과를 초래한다. 일 실시예에서, 기판(202)의 후면으로부터 도펀트의 영외 확산은 처리 챔버로부터 배기되는 불활성 가스와 혼합된다. 일 실시예에서, 불활성 가스는 기판(202)의 정면으로부터 고립될 수 있는 오토-도펀트(217)를 포함하며, 약간 도핑된 에피택셜 층이 형성된다. 이는 오토-도펀트(217)를 갖는 약간 도핑된 에피택셜 층을 오염시킬 위험을 실질적으로 감소시키며, 이는 기판(202) 전체에 결친 두께 균일도와 양호한 저항률을 여전히 유지하면서 형성될 에피택셜 층의 저항률을 실질적으로 증가시키는 결과를 초래한다.
실시예에서, 불활성 가스는 수소, 질소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 또는 이들의 임의의 조합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 가스를 포함한다. 불활성 가스는 반응물 가스, 기판 또는 처리 챔버의 부품들과 화학적으로 상호반응하지 않는 특성을 가질 수 있다.
도 2a는 스페이서(212)가 웨이퍼 지지 링(220)과 접촉하고 서셉터 판(205) 상에 위치되며, 스페이서(212)가 웨이퍼 지지 링(220)을 서셉터 판(205) 위에 위치시켜 서셉터 판(205)과 기판(202)의 후면 사이에 웨이퍼 간극 영역(215)을 제공하는 실시예를 도시한다.
도 9b 내지 도 9f에 도시된 실시예들은 상호결합용 스페이서 디스크(903)을 포함한다. 실시예에서, 상호결합용 스페이서 디스크(903)는 다른 상호결합용 스페이서 디스크(903)의 스페이서 디스크 리세스(904)나 서셉터 위치선정 구멍(906) 내측에 끼워맞춰지는 스페이서 디스크 돌기를 더 포함한다. 도 9f의 실시예에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 지지 링(220) 아래의 스페이서 디스크(903)에 의해 점유된 영역은 단지 웨이퍼 지지 링(220)의 작은 마찰 영역이므로 분사된 불활성 가스(218)의 흐름에 의한 웨이퍼 간극 영역(215)의 충분한 배기를 제공한다. 실시예에서, 상호결합용 스페이서 디스크(903)는 적층될 수 있으며, 그에 따라 웨이퍼 간극 영역(215)의 두께를 조절하는데 사용될 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 스페이서 링(1001)의 특징을 포함하는 실시예를 도시한다. 실시예들은 웨이퍼 간극 영역(215)으로부터 통풍구(1006)를 통해 분사된 불활성 가스(218)의 흐름을 허용하여 웨이퍼 간극 영역(215)을 배기시킴으로써 오토-도펀트(217)를 제거하는 통풍구(1006)를 포함하며 적층가능한 하나 이상의 스페이서 링(1001)을 포함할 수 있다. 실시예에서, 적층가능한 스페이서 링(1001)은 서로 결합될 수 있다. 실시예에서, 적층가능한 스페이서 링(1001)은 서셉터 판(205)과 상호 결합되며 서셉터 판(205)은 서셉터 돌출 링(1004)을 포함할 수 있다. 실시예 에서, 적층가능한 스페이서 링(1001)은 웨이퍼 지지 링(220)과 상호 결합되며, 웨이퍼 지지 링(220)은 웨이퍼 지지 링 리세스(1005)를 포함할 수 있다.
도 10b에 부분 도시된 실시예는 기판(202)의 중심부쪽으로 지향되는 방사상 통풍구(1006)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 기판(202)은 회전될 수 있으며 스페이서 링 통풍구(1006,1007)는 대칭 패턴을 포함하며 이는 균일도를 개선한다. 도 10b에 도시한 다른 실시예는 기판(202)의 중심부가 아닌 다른 영역으로 지향되는 비-방사형 통풍구(1007)를 포함할 수 있다. 실시예는 회전형 또는 고정형 기판(202) 또는 둘 다에 적합한 방사형과 비 방사형 통풍구(1006,1007)의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 도 10b에 도시된 실시예에서, 비 방사형 통풍구(1007)는 기판(202)이 특정 방향으로 회전되지 않을 때 분사된 불활성 가스(218)가 웨이퍼 간극 영역(215)에 결쳐 실질적으로 평행하게 흐르도록 지향될 수 있다. 실시예에서, 비 방사형 통풍구(1007)는 기판(202)이 두 개 이상의 회전 위치에 지향될 때 분사된 불활성 가스(218)가 웨이퍼 간극 영역(215)에 결쳐 실질적으로 평행하게 유동되도록 지향될 수 있다. 그러한 실시예는 기판(202)의 한번의 회전으로 두 번 이상의 통과 흐름을 제공할 수 있다. 실시예는 배기 불활성 가스(219)가 웨이퍼 간극 영역(215)으로부터 실질적으로 평행하게 흐르도록 하는 실시예를 포함한다.
실시예는 분사된 불활성 가스(218)의 난류 흐름 패턴을 발생하는데 사용되며 웨이퍼 간극 영역(215)에 하나 이상의 소용돌이를 형성하는 것을 포함하는 방사형 및 비 방사형 통풍구(1006,1007)의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 실시예는 난류 흐름 패턴을 발생시키면서 웨이퍼 간극 영역(215)을 회전시키는 것도 포함한다. 웨이퍼 간극 영역(215)에의 분사된 불활성 가스(218)의 난류 흐름 패턴을 형성하는 것의 장점은 기판(202)의 후면과 같이 웨이퍼 간극 영역(215)의 내측 구조물의 특히, 표면에 그리고 표면 근처에 오토-도펀트(217)의 혼합 및 제거를 촉진한다는 점이다. 난류 흐름 패턴은 물체 표면 상의 경계층이 불활성 가스(218)의 흐름 통로에 접촉하는 것을 차단함으로써 이들 표면에 있거나 이들 표면으로부터 유출되는 오토-도펀트(217)의 제거를 증가시킨다. 웨이퍼 간극 영역(215)으로부터 오토-도펀트(217)의 제거를 증가시키는 장점은 웨이퍼 간극 영역(215) 내의 오토-도펀트(217)의 평균 농도를 낮출수 있다는 점일 것이다. 웨이퍼 간극 영역(215)에서의 오토-도펀트의 낮은 농도는 기판(202)의 정면에 잠정적으로 도달할 수 있는 오토-도펀트(217)의 양을 감소시킴으로써 기판(202)의 정면 상에 형성되는 에피택셜 층을 오토-도핑할 위험을 감소시킨다.
도 3a 및 도 3b는 기판(202)을 서셉터 판(205) 위에 지지하기 위한 장치의 실시예를 도시하며, 상기 장치는 서셉터 판(205) 쪽으로 하향 연장하는 웨이퍼 지지 링(220)에 부착되는 지지 링 스커트(301)를 더 포함하며, 웨이퍼 간극 영역(215)으로 또는 간극 영역으로부터의 불활성 가스(218,219)의 흐름이 스커트(301)에 의해 부분적으로 규제됨으로써 제어된다. 일 실시예에서, 스커트(301)는 웨이퍼 지지 링(220)의 원주변을 따라 수직한 벽을 갖는 링을 포함할 수 있다. 실시예에서, 스커트 간극(315)의 크기는 스커트(301)의 길이 및/또는 조절가능한 스페이서(212)에 의해 조절될 수 있다. 기판(202)이 회전되는 실시예에서, 더 이상 스커트(301)는 보다 양호한 도핑-통로(519)를 제공하지 않지만, 웨 이퍼 간극 영역(215) 내측으로 유입될 수 있는 분사된 불활성 가스(218)의 양도 감소시킬 수 있다. 스커트 간극(315)의 크기는 불활성 가스(218,219)의 흐름, 배기 정도, 웨이퍼(215) 간극 영역을 조절하는데 사용될 수 있다(도 6 참조).
스커트 간극(315)의 크기가 비대칭이고 기판(202)이 회전되지 않는 실시예가 도 10d에 도시되어 있다. 실시예에서, 불활성 가스 흐름(218)의 분사쪽 또는 상방향에서 스커트 간극(315) 또는 흡입 스커트 틈새(1008)는 확대될 수 있지만, 불활성 가스 흐름(219)의 배기쪽 또는 하방향에서 스커트 간극(315) 또는 배기 스커트 틈새(1009)는 작아질 수 있다. 그러한 비대칭 스커트 간극(315)은 오토-도펀트(217)를 함유하는 배기 불활성 가스(219)를 제한하면서 웨이퍼 간극 영역(215) 내측으로 불활성 가스(218)의 충분한 흐름을 허용함으로써 서셉터 판(215)에 가깝게 그리고 기판(202)의 정면으로부터 멀리 배기시켜, 기판(202) 정면으로 오토-도펀트가 이동하는 위험을 감소시킨다. 일 실시예에서, 통풍구(520)를 갖는 서셉터 판(205)은 웨이퍼 간극 영역(215)으로부터 불활성 가스(219)를 배기시키는 실질적인 수단을 제공할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 스커트(301)를 포함하는 실시예를 도시하며, 본 실시예는 스커트(518)를 통해 웨이퍼 간극 영역(215)으로 또는 간극 영역으로부터 불활성 가스(218,219)의 흐름을 허용할 수 있는 스커트 통풍구(518)를 더 포함한다. 도 10c에 도시된 실시예에서, 스커트 통풍구(518)의 분포는 비대칭이다. 기판(202)ㅇl 회전되지 않는 실시예에서, 스커트 통풍구(518)의 숫자와 크기는 서셉터 통풍구(520)를 통과하도록 불활성 배기 가스(219)를 지향시키고 기판(202)의 정면 으로부터 멀어지게 서셉터 판(205) 아래로부터 배기되도록, 배기 불활성 가스 흐름(219)의 배기 측에서 낮고 분사 불활성 가스 흐름(218)의 분사 측에서 높을 수 있다.
다수의 실시예들은 대칭 및 비대칭으로 분포된 다수의 상이한 크기와 숫자의 스커트 통풍구(518)와 대칭 및 비대칭의 다수의 상이한 크기 및 숫자의 스커트 통풍구(518)와 조합되는, 처리 중에 회전 및/또는 고정되는 기판(202)을 예상한 것이며, 이는 웨이퍼 간극 영역(215)으로부터 오토-도펀트(217)의 효과적인 배기를 초래하며 기판(202)의 정면에서 멀리 불활성 배기 가스(219)를 제거하게 된다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 실시예에서, 서셉터 판(205)은 서셉터 통풍구(520)를 포함한다. 다수의 실시예에서, 분사된 불활성 가스(218)는 기판(202)의 후면으로부터 확산되는 오토-도펀트와 혼합되는 웨이퍼 간극 영역(215)으로 유동될 수 있다. 그 결과적인 배기 불활성 가스(219)는 서셉터 통풍구(520), 스커트 통풍구(518), 스커트 간극(315) 또는 이들의 임의의 조합에 의해 웨이퍼 간극 영역(215)으로부터 제거될 수 있다(도 6 참조). 실시예에서, 분사된 불활성 가스(218)도 서셉터 판(205) 아래로 흐르며, 서셉터 통풍구(520)를 통해 웨이퍼 간극 영역(215)으로부터 흐르는 배기 불활성 가스(219)와 혼합되며, 서셉터 판(205) 아래로부터 배기된다. 분사된 불활성 가스(218)를 서셉터 판(205) 아래로 제공하고 또한 서셉터 판(205) 아래의 배기 불활성 가스를 제거하는 장점은 오토-도펀트(217)의 흐름이 기판(202)의 정면쪽으로부터 더 멀어지게 되며 이는 증착된 에피택셜 층을 오토-도핑할 위험성을 더욱 줄일 수 있다는 점이다. 몇몇 실시예에 서, 대칭 및 비대칭으로 분포된 스커트 통풍구(518) 및/또는 대칭 및 비대칭 스커트 길이(301)와 서셉터 통풍구(520)와의 조합에 의해 서셉터 판(205) 위로 배기되는 배기 불활성 가스(219)의 흐름을 실질적으로 제한하도록 구성할 수 있다. 이는 대부분 또는 거의 모든 배기 불활성 가스(219)가 서셉터 판(205) 아래로 배기되는 결과를 초래하여 서셉터 판(215)이 기판(202)의 정면으로부터의 오토-도펀트(217)에 대한 배리어로서의 역할을 한다.
실시예에서, 서셉터 통풍구(520)는 약 1/8 인치 내지 약 1/4 인치 범위일 수 있다. 실시예에서, 서셉터 판(205)은 실리콘 탄화물, 그래파이트, 알루미늄 질화물, 기타 세라믹, 또는 이들의 조합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 재료를 포함할 수 있다. 실시예에서, 서셉터 판(205)은 다공성 재료 구조물을 포함할 수 있다. 실시예에서, 서셉터 판(205)은 통풍 구조물을 포함하여 웨이퍼 간극 영역(215)으로부터 서셉터 판(205)을 통해 서셉터 판(205)의 아래로의 충분한 흐름을 제공한다. 다공성 또는 통풍 서셉터 판(205)은 낮은 열량을 제공하는데, 이는 서셉터 판(205)의 더 신속한 가열 및 냉각을 초래하여 기판(202)의 신속한 가열 및 냉각을 초래하고 결국, 높은 웨이퍼 생산성을 초래하게 된다.
도 6 및 도 7은 웨이퍼 지지 링(220)에 부착되고 서셉터 판(205) 쪽으로 하향 연장하는 지지 링 스커트(301)를 포함할 수 있는 실시예를 도시하며, 본 실시예에서 웨이퍼 간극 영역(215)으로 또는 간극 영역으로부터의 불활성 가스(218,219)의 흐름은 스커트(301)에 의해 부분적으로 규제됨으로써 제어될 수 있다. 도 6 및 도 7에 도시된 웨이퍼 처리 구조물(200)의 다른 실시예는 웨이퍼 지지 링(220)과 웨이퍼 홀더 구조물(203) 사이에 위치되어 이들에 부착되는 선반 연장부(204,704)를 더 포함한다. 도 6은 작은 선반 연장부(204)를 포함하는 실시예를 도시하는 반면에, 도 7에 도시된 실시예는 커다란 선반 연장부(704)를 포함하는 실시예를 도시한다.
도 5b에 도시된 실시예는 기판(202)의 정면을 웨이퍼 지지 링(220)의 상부 평면 근처에 위치시킬 수 있는 작은 선반 연장부(204)를 포함할 수 있다. 오토-도펀트(217)는 대략 비연장 오토-도펀트 통로(519)를 따라 이동할 수 있다. 도 7에 도시된 실시예는 기판(202)의 정면을 웨이퍼 지지 링(220)의 상부 평면으로부터 실질적으로 멀리 위치시킬 수 있는 커다란 선반 연장부(704)를 포함할 수 있다. 기판(202)은 기판(202)이 위에 놓이는 웨이퍼 처리 구조물(200)에 의해 둘러싸인 오목부 내에 위치될 수 있다. 오토-도펀트(217)는 대략 연장된 오토-도펀트 통로(719)를 따라 이동하게 되며, 이는 더 오래 더 용이하게 기판(202) 정면 상에 있는 에피택셜 층의 오토-도핑을 보다 양호하게 감소시키는 결과를 초래한다.
도 10e는 지지 링 스커트(301)가 터빈 스커트 블레이드(1010)를 더 포함하는 스커트 통풍구(518)를 더 포함하는 실시예를 도시하며, 상기 터빈 스커트 블레이드(1010)는 웨이퍼 지지 링(220)과 지지 링 스커트(301)의 회전 중에 웨이퍼 간극 영역(215)으로부터 또는 간극 영역으로 불활성 가스(218,219)의 흡기 및/또는 배기를 촉진시킨다. 실시예에서, 터빈 스커트 블레이드(1010)는 스커트 통풍구(518)의 말단부 근처에 있는 지지 링 스커트(301)에 부착될 수 있으며, 스커트 통풍구(518)의 말단부는 스커트가 특히 회전 방향(1011)으로 회전될 때의 일정 한 지점에 도달하는 마지막 측면으로서 설명될 것이다. 실시예에서, 터빈 스커트 블레이드(1010)는 터빈 스커트 통풍구(1012)를 형성하는 동안에 지지 링 스커트(301)로부터 형성될 수 있다. 실시예에서, 터빈 스커트 통풍구(1012)는 통풍구(1012)의 4 개의 측면 중에 3 개의 측면에서 스커트(301)를 절단함으로써 형성될 수 있다. 실시예에서, 스커트 재료는 통풍구(1012)의 에지에 여전히 부착될 수 있으며 웨이퍼 지지 링(220) 및 스커트(301)의 외측으로부터 돌출되도록 외측으로 굽혀질 것이다. 스커트(301)에 여전히 부착되는 돌출 스커트 재료는 터빈 스커트 블레이드(1010)로서 사용될 것이다.
터빈 스커트 블레이드(1010)가 회전 방향(1011)으로 부착 지점으로부터 스커트(301)로 지향되는 실시예에서, 터빈 블레이드(1010)는 터빈 블레이드(1010)의 회전 속도에 비례하여 웨이퍼 간극 영역(215) 내의 불활성 가스의 압력을 증가시킬 것이다. 터빈 스커트 블레이드(1010)가 회전 방향(1011)의 반대 방향으로 지향되는 실시예에서, 터빈 블레이드(1010)는 터빈 블레이드(1010)의 회전 속도에 비례하여 웨이퍼 간극 영역(215) 내의 불활성 가스의 압력을 감소시킬 것이다. 몇몇 실시예는 회전 방향(1011)과 동일하게 또는 반대 방향으로 지향될 터빈 블레이드(1010)와 스커트 통풍구(518)의 다수의 조합을 포함할 것이다. 지지 링 스커트(301) 내에 두 개의 링 구조물을 포함하는 실시예가 제공되며, 구조물의 상부 링은 회전 방향(1011)과 공동 방향으로 지향된 터빈 블레이드(1010)를 갖는 스커트 통풍구(301) 및/또는 터빈 스커트 통풍구(1012)를 포함하며, 구조물의 바닥 링은 회전 방향(1011)의 반대 방향으로 지향된 터빈 블레이드(1010)를 갖는 터빈 스커트 통풍구(1012)를 포함할 수 있다. 그러한 구성은 구조물 상부 링에서 불활성 가스(218)의 흡입과 구조물 바닥에서 불활성 가스(219)의 배기를 촉진시킴으로써, 기판(202)의 후면 근처로의 불활성 가스(218)의 흐름을 제공하고 서셉터 판(205) 근처로 불활성 가스(219)와 오토-도펀트(217)의 혼합물을 배기시켜 오토-도펀트 통로(519)를 증가시키는 흐름 패턴을 생성할 수 있다.
도 11 및 도 13은 기판(202) 상의 에피택셜 층을 증착하기 위한 장치(1100, 1300)의 실시예들을 보여주며, 상기 장치는 처리 챔버(113), 처리 챔버(113) 내의 서셉터 판(205), 서셉터 판(205) 위에 기판(202)을 지지하기 위한 웨이퍼 처리 구조물(20)을 포함할 수 있으며, 기판(202)은 전방 측부 및 후방 측부를 포함하며, 전방 측부는 상방으로 직면하고 기판(202)의 후방 측부는 서셉터 판(205)을 향하여 하방으로 직면하며, 웨이퍼 처리 구조물(203)은 웨이퍼 지지 링(220)에 부착된다. 실시예에서, 장치(1100, 1300)는 웨이퍼 지지 링(220)과 접촉하고 서셉터 판(205) 상에 위치설정되는 스페이서(212)를 더 포함할 수 있으며, 스페이서(212)는 웨이퍼 지지 링(220)을 서셉터 판(205) 위에 위치 설정하여 기판(202)의 후방 측부와 서셉터 판(205) 사이에 웨이퍼 간극 영역(215)을 제공한다.
실시예에서, 상기 장치(1100, 1300)는 반응물 가스(221)를 처리 챔버(100) 내로 그리고 기판(202)의 전방 측부 상으로 제공하기 위한 상부 주입 매니폴드(1106), 웨이퍼 간극 영역(215)에 근접한 처리 챔버(113) 내로 불활성 가스(218)를 제공하기 위한 하부 주입 매니폴드(1107), 및 처리 챔버(113)로부터 오토(auto)-도펀트(217)를 함유하는 배기 가스(1108)를 제거하기 위한 하부 배기 매 니폴드(1109)를 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 배기 가스(1108)는 기판(202)의 후방 측부로부터 오토-도펀트(217)를 함유하는 불활성 가스(219)를 포함할 수 있다. 실시예들은 기판(202)의 전방 측부 위의 영역으로부터 반응 및 잔여 반응물 가스(222)를 제거하기 위해 반응물 가스 배기 포트(1115)를 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 반응물 가스 배기 포트(1115)는 배기 반응물 가스(222)의 유동을 제어하기 위해 이용될 수 있는, 유동 제어 밸브(1110)를 더 포함한다.
실시예들은 기판(202)의 후방 측부 상의 불활성 가스(218)의 유동으로부터 기판(202)의 전방 측부 상의 반응물 가스(222)의 유동을 분리하여 격리하기 위한 수단을 제공하기 위하여 상부 및 하부 주입 매니폴드(1106, 1107) 및 상부 및 하부 배기 포트(1115, 1116, 1117)을 더 포함할 수 있다. 기판(202)의 후방 측부로부터의 분리 및 격리되는 반응물 가스(222)는 기판(202)의 후방 측부 상에 에피택셜 재료를 증착하는 위험을 감소할 수 있다. 기판(202)의 후방 측부 상의 에피택셜 증착물은, 스크래치 및 헤이즈(haze)와 같은, 후방 측부 결함의 위험을 증가시킬 수 있는 증착물이 나중에 제거될 것이 요구될 수도 있다.
도 11에 도시된 실시예는 상부 주입 매니폴드(1106)와 소통되는 하나 또는 그 이상의 반응물 주입 포트(1111, 1112)를 포함할 수 있다. 실시예는 기판(202)을 가로질러 유동할 수 있고 실시예에는 처리하는 동안 회전할 수 있는 반응물 가스(221)를 제공하는 에지 반응물 가스 주입 포트(1112)를 포함할 수 있다. 실시예는 에지 반응물 가스 주입 포트(1112)로부터 반응물 가스(221)의 유동을 제어하기 위한 유동 제어 밸브(1110)를 더 포함할 수 있다. 실시예는 기판(202)의 중앙 근 처에 위치할 수 있는 중앙 반응물 가스 주입 포트(1111)를 더 포함할 수 있다. 실시예는 중앙 반응물 가스 주입 포트(1111)로부터의 반응물 가스(221)의 유동을 제어하기 위해 유동 제어 밸브(1110)를 더 포함할 수 있다. 회전하는 기판(202)의 중앙 근처에 위치하는 중앙 반응물 가스 주입 포트(1111)는 개선된 두께 균일도를 제공할 수 있는데, 이는 에지 주입 포트(1112)가 기판(202)의 에지로 새로운(fresh) 반응물을 제공하게 되기 때문이다. 그러나, 중앙으로의 반응물의 직접적인 유동 없이, 중앙은 단지 부분적으로 사용된 반응물이 제공될 수 있다. 따라서, 중앙 포트(1111)는 새로운 반응물을 중앙으로 제공할 수 있으며, 이는 기판(202)의 중앙에 에피택셜 재료의 성장이 증가될 수 있으며, 기판(202)의 전방 측부 상에 형성되는 에피택셜 층의 두께 균일도를 촉진시킬 수 있다. 실시예에서, 상부 주입 매니폴드(1106)는 기판(202)의 전방 측부 위에 다수의 출구 및/또는 포트를 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 상부 주입 매니폴드(1106)는 기판(202)의 전방 측부 위에 샤워헤드의 입구 및/또는 출구를 더 포함할 수 있다.
도 11에 도시된 실시예는 하부 주입 매니폴드(1107)와 소통되는 하나 또는 그 이상의 불활성 가스 주입 포트(1113, 1114)를 포함할 수 있다. 실시예는 불활성 가스(218)를 제공하는, 서셉터 판(205) 위에 위치하는, 상부 불활성 가스 주입 포트(1113)를 포함할 수 있으며, 불활성 가스는 웨이퍼 간극 영역(215) 내로 유동할 수 있으며 실시예에서 회전할 수 있다. 실시예는 상부 불활성 가스 주입 포트(1113)로부터 불활성 가스(218)의 유동을 제어하기 위해 유동 제어 밸브(1110)를 더 포함할 수 있다. 실시예는 서셉터 판(205) 아래 위치할 수 있는 하부 불활성 가스 주입 포트(1114)를 더 포함할 수 있다. 실시예는 하부 불활성 가스 주입 포트(1114)로부터 불활성 가스(218)의 유동을 제어하기 위해 유동 제어 밸브(1110)를 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 서셉터 판(205)은 웨이퍼 간극 영역(215)의 부가 환기를 제공할 수 있는, 서셉터 통풍구(520)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 서셉터 통풍구(520)는 1인치의 약 1/8 내지 약 1/4 범위 내에 있을 수 있다.
도 11은 배기 매니폴드(1109)와 소통되는 하나 또는 그 이상의 배기 포트(1115, 1116, 1117)를 포함할 수 있는 실시예를 도시하며, 배기 매니폴드는 불활성 가스(218) 및 반응물 가스(221)의 유동 패턴의 제어를 용이하게 하기 위해 이용될 수 있다. 배기 포트 중 일부 또는 모두가 유동 제어 밸브(1110)로 더 제어될 수 있는 실시예를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 하부 불활성 가스 배기 포트(1117) 내의 불활성 가스(219)의 배기 유동은 네트 하방 유동(net downward flow)을 제공하기 위하여 높은 유량으로 조정될 수 있다. 네트 하방 유동은 서셉터 통풍구(520)를 통하여 웨이퍼 간극 영역(215)으로부터 오토-도펀트(217)의 향상된 축소를 제공할 수 있어, 기판(202)의 전방 측부로부터 오토-도펀트(217)의 추가 간격을 제공한다. 또한 네트 하방 유동은 기판(202) 상에 네트 하강력을 제공할 수 있어, 웨이퍼 처리 구조물(200) 상에 기판(202)을 유지하도록 한다.
도 13, 도 11, 도 8, 및 도 1A에 도시된 실시예는 서셉터 아암(1105)을 포함할 수 있으며, 서셉터 아암은 서셉터 판(205) 및 웨이퍼 처리 구조물(200)이 상방 및 하방을 이동할 수 있도록 할 수 있는 샤프트에 부착될 수 있다. 실시예에서, 상승 위치는 에피택셜 증착 동안 이용될 수 있으며, 하강 위치는 기판(202)의 이송 을 허용하기 위해 이용될 수 있다. 도면을 복잡하지 않게 하기 위해 도 11에 도시되지 않았지만 도 13, 도 8 및 도 1A에 도시되는, 실시예에서, 리프트 핑거(801)를 포함할 수 있으며, 리프트 핑거는 리프트 콘택트(803)를 포함할 수 있으며, 리프트 아암(101)에 부착된다. 실시예에서, 리프트 핑거(801)는 웨이퍼 처리 구조물(200)로부터 기판(202)을 분리할 수 있어, 기판(202)은 챔버(113)로부터 로봇(도시안됨)에 의해 제거될 수 있고, 이어서 처리를 위해 또 다른 기판(200)이 로딩될 수 있다. 처리 챔버(113)의 상부 섹션 내에서의 에피택셜 증착은 처리 챔버(113)의 하부 섹션에서 보다 공정 가스 유동 및 온도의 제어가 향상되는 장점을 가질 수 있다.
웨이퍼 지지 링(220) 상에 기판(202)이 서셉터 판(205)에 대해 대략적으로 평행할 수 있는 도 11 및 도 13에 도시되는 실시예가 포함될 수 있다. 실시예에서, 기판(202)의 후방 측부 쪽에 있는 서셉터 판(205)의 상방 측부는 대략적으로 평평할 수 있다. 스페이서(212)가 조절가능하여 웨이퍼 간극 영역(215)의 두께를 조절하기 위한 수단이 제공되는 실시예를 포함할 수 있다. 스페이서(212)가 웨이퍼 지지 링(220)으로부터 탈착가능하며 상이한 크기의 스페이서(212)로 교체될 수 있는 실시예를 포함할 수 있다. 실시예에서, 스페이서(212)는 돌출부(417)를 포함할 수 있으며, 이 돌출부는 서셉터 판(205) 내의 슬롯(213)으로 끼워진다. 일부 실시예에서, 서셉터 판(205)은 리세스, 돌출부, 잠금 핀, 또는 이들의 조합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 스페이서(212)와 서로 맞물리는 구조물을 포함할 수 있다. 실시예에서, 웨이퍼 지지 링(220) 및 스페이서(212)가 서셉터 판(205)으로 부터 탈착가능할 수 있다. 실시예에서, 웨이퍼 홀더 구조물(200)은 선반(shelf), 베벨, 립, 돌출부, 핑거, 또는 이들의 조합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
실시예는 통풍구(518)를 포함하는 스커트(301)를 포함할 수 있어 웨이퍼 간극 영역(215) 내로 및/또는 이로부터 통풍구(518)를 통하여 불활성 가스(218, 219)의 유동을 허용한다. 실시예에서, 웨이퍼 간극 영역(215)은 약 0.1 인치 내지 약 0.3 인치의 두께를 가질 수 있다. 실시예는 불활성 가스(281)를 이용하여 웨이퍼 간극 영역(215)으로부터 오토-도펀트(217)를 환기하기 위한 수단을 제공하며, 오토-도펀트(217)는 에피택셜 증착 동안 기판(202)의 후방 측부로부터 확산하는 도펀트를 포함한다.
실시예는 웨이퍼 간극 영역(215)을 환기하기 위한 수단을 제공할 수 있는데 이 수단은 웨이퍼 간극 영역(215)을 통하여 상당한 양의 불활성 가스(218)가 유동할 수 있다. 웨이퍼 간극 영역(215)을 통한 상당한 양의 불활성 가스(218)의 유동에 의해 불활성 가스(218)와 오토-도펀트(217)의 혼합이 주 메카니즘이 되며, 주 메카니즘에 의해 오토-도펀트(217)가 웨이퍼 간극 영역(215)으로부터 제거될 수 있다. 혼합은 주로 확산하는 메카니즘 보다, 매우 효과적인 오토-도펀트(217) 추출 수단이 될 수 있다. 불활성 가스(218)가 수소, 질소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 가스를 포함하는 실시예가 제공될 수 있다.
도 11, 도 12, 및 도 13에 도시된 실시예는 에피택셜 장치(1100, 1300)를 이 용하는 방법이 제공될 수 있으며, 상기 장치는 기판(202) 상에 에피택셜 층을 증착하기 위해 서셉터 판(205) 위에 기판(202)을 지지하며, 상기 방법은 에피택셜 반응기 장치(1100, 1201, 1300)의 처리 챔버(113) 내의 서셉터 판(205) 상으로 웨이퍼 처리 구조물(200) 및 스페이서(212)를 제공하는 단계, 기판(202, 1202)을 제공하는 단계, 기판(202, 1203)의 후방 측부 아래 및 웨이퍼 간극 영역(215)에 근접한 처리 챔버(113) 내로 반응물 가스(221)을 유동하는 단계, 반응물 가스(221, 1205)로부터 기판(202)의 전방 측부 상에 소량으로 도핑된 에피택셜 반도체 층이 성장하는 단계, 및 처리 챔버(113, 1206)로부터 웨이퍼 처리 구조물(200)의 상부 아래 및 웨이퍼 간극 영역(215)으로부터 오토-도펀트(217)를 함유하는 불활성 가스219)를 배기하는 단계를 포함할 수 있으며, 웨이퍼 처리 구조물(200)은 웨이퍼 지지 링(220) 및 웨이퍼 지지 링(220)에 부착되는 웨이퍼 홀더 구조물(203)을 포함할 수 있으며, 기판(202)은 전방 측부 및 후방 측부를 포함하며 스페이서(212)는 웨이퍼 지지 링(220)과 접촉하여 서셉터 판(205) 상에 위치설정될 수 있으며, 스페이서(212)는 기판(202)의 후방 측부와 서셉터 판(205) 사이에 웨이퍼 간극 영역(215)을 제공하도록 서셉터 판(205) 위에 웨이퍼 지지 링(220)을 위치설정할 수 있으며, 기판(202)의 후방 측부는 대량으로 도핑되는 반도체일 수 있다.
실시예에서, 반응물 가스(221)는 단결정 실리콘 또는 단결정 실리콘 게르마늄 에피택셜 층을 형성하기 위하여 이용되는 실리콘 전구체 가스를 포함할 수 있다. 실리콘 전구체 가스의 실시예는 SiH4 또는 시레인 가스(silane gas)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 반응물 가스(221)는 단결정 실리콘-게르마늄 에피택셜 층을 형성하기 위해 이용되는 게르마늄 전구체를 더 포함할 수 있다. 게르마늄 전구체 가스의 실시예는 GeH4를 포함할 수 있다. 실시예에서, 반응물 가스(221)는 단결정 에피택셜 층을 도핑하기 위해 사용되는 하나 또는 그 이상의 도펀트 전구체를 더 포함할 수 있다. 도펀트 전구체의 실시예는 디보란(diborane) 또는 보란(borane)을 포함할 수 있다.
실시예에서, 소량으로 도핑된 에피택셜 반도체 층을 성장하는 단계는 소량으로 도핑된 단결정 실리콘 층 또는 소량으로 도핑된 단결정 실리콘 게르마늄 층을 성장하는 단계를 포함할 수 있다. 실시예에서, 더펀트는 보론(boron)을 포함할 수 있다. 실시예에서, 단결정 실리콘 에피택셜 층의 성장은 약 950℃ 보다 높은 온도에서 발생할 수 있다. 실시예에서, 기판(202)의 전방 측부 상의 단결정 실리콘 에피택셜 층의 성장은 약 1050℃ 보다 높은 온도에서 발생할 수 있다. 실시예에서, 기판(202)의 전방 측부 상의 실리콘-게르마늄 에피택셜 층의 성장은 약 850℃ 보다 높은 온도에서 발생할 수 있다. 실시예에서, 실리콘-게르마늄 에피택셜 층의 성장은 약 950℃ 보다 높은 온도에서 발생할 수 있다.
실시예는 기판(202)의 전방 측부 상의 소량으로 도핑된 에피택셜 반도체 층을 성장하는 동안 불활성 가스(218)의 유동으로 웨이퍼 간극 영역(215)을 환기하는 단계를 더 포함하여, 기판(202)의 후방 측부로부터 확산하는 오토-도펀트(217)를 제거하며, 이는 기판(202)의 전방 측부에 도달하는 오토-도펀트(217)의 양을 실질 적으로 감소시킬 수 있다. 실시예는 기판(202)의 전방 측부 상의 소량으로 도핑된 에피택셜 반도체 층으로 통합되는 오토-도펀트(217)의 농도를 감소하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예는 서셉터 판(205), 웨이퍼 처리 구조물(200), 및 기판(202)을 회전하는 단계를 더 포함할 수 있다. 실시예는 약 3 rpm 내지 약 300 rpm의 회전속도로, 서셉터 판(205), 웨이퍼 처리 구조물(200), 및 기판(202)을 회전하는 단계를 더 포함한다. 실시예는 약 20 rpm 내지 약 60 rpm의 회전 속도로 기판(202)을 회전하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에서, 웨이퍼 간극 영역(215)의 환기 단계는 환기를 개선하고 오토-도펀트(217)로 에피택셜 층이 오염되는 위험을 감소시키고 기판(202)의 후방 측부 상의 에피택셜 재료를 증착하는 위험을 감소시키기 위하여 불활성 가스(218)의 유동을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 불활성 가스(218)의 유동을 조정하는 단계는 스페이서(212)의 높이를 조정함으로써 웨이퍼 간극 영역(215)의 두께를 조정하는 단계를 더 포함한다. 실시예에서, 웨이퍼 간극 영역(215)의 두께가 오토-도핑이 상당히 감소되도록 충분히 두껍지만 너무 두꺼워서 온도 균일도가 상당히 저하되어, 기판(202)의 전방 측부 상에 형성된 증착된 에피택셜 층의 두께 균일도가 저하되지 않도록 선택될 수 있다. 오토-도핑에서의 상당한 감소 및 두께 균일도에서의 상당한 개선은 더 높은 저항률 및 에피택셜 층의 개선된 품질을 초래할 수 있어, 에피택셜 층에 제조되는 장치, 예를 들면, 반도체 장치를 위한 새로운 적용을 위한 개선된 성능 및 가능성을 제공할 수 있다. 실시예에서, 웨이퍼 간극 영역(215)은 약 0.1 인치 내지 약 0.3 인치의 두께를 가질 수 있다. 불활성 가스(218)의 유동을 조절하는 단계를 위한 실시예는 간극 크기 조절 단계, 스커트 길이 조절 단계, 통풍구의 개수, 크기 및 위치 조절 단계, 웨이퍼 처리 구조물(200)의 회전 속도 조절 단계, 주입 및 배기 포트의 위치 조절 단계, 주입된 불활성 가스(218)의 유량 조절 단계, 주입된 반응물 가스(221)의 유량 조절 단계, 배기 반응물 가스(222)의 유량 조절 단계, 및 이들의 조합 단계로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 방법을 더 포함할 수 있다.
실시예에서, 불활성 가스는 수소, 질소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 또는 이들의 조합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 가스를 포함할 수 있다. 불활성 가스는 처리 챔버에서 발생하는 반응과 상호작용하거나 간섭하지 않는 소정의 가스를 포함할 수 있다. 실시예에서, 웨이퍼 처리 구조물(200) 및 스페이서(212)는 기판(202)의 후방 측부 상의 불활성 가스(218) 유동 패턴으로부터 기판의 전방 측부 상의 반응물 가스(221) 유동 패턴을 분리하여 격리하기 위한 수단을 제공할 수 있다. 실시예에서, 불활성 가스(218)의 유동은 에피택셜 증착 전의 전구체(pre-curser) 유동 및 피택셜 증착 동안 처리 유동을 포함할 수 있다. 실시예에서, 전구체 유동은 약 2 l/min 내지 약 40 l/min 일 수 있다. 충분한 전구체 유동은 미리 처리된 기판(202)으로부터 잔여 오토-도펀트(217)를 제거하는데 효과적일 수 있다. 실시예에서, 처리 유동은 약 20 l/min 내지 약 180 l/min일 수 있다. 충분한 처리 유동은 웨이퍼 간극 영역(215) 내에서 오토-도펀트(217)의 낮은 농도를 유지하는데 효과적일 수 있다.
실시예에서, 기판(202)의 전방 측부 상으로 반응물 가스(221)의 유동 단계는 다중 또는 조정가능한 주입 포트를 통하여 반응물 가스(221)를 유동하는 단계를 더 포함한다. 다중 또는 조정가능한 주입 포트의 이용은 저항률 및 두께 균일도 둘다를 개선하는데 효과적일 수 있다. 실시예에서, 다중 또는 조정가능한 주입 포트를 통한 기판(202)의 전방 측부 상으로 반응물 가스(221)의 유동 단계는 기판(202)의 중앙에 특별한 도펀트를 제공하는 단계를 더 포함한다.
실시예에서, 기판(202)의 후방 측부 상의 다량으로 도핑된 반도체는 보론을 포함할 수 있다. 실시예에서, 기판(202)의 후방 측부 상의 다량으로 도핑된 반도체는 약 100 milliohms/sq. 보다 작은 저항률을 가질 수 있다. 실시예에서, 기판(202)의 전방 측부 상의 소량으로 도핑된 에피택셜 반도체는 약 5 ohms/sq. 내지 약 150 ohms/sq.의 저항률을 가질 수 있다. 실시예에서, 기판(202)의 전방 측부 상의 에피택셜 층의 성장 단계는 950 ℃ 보다 큰 온도에서 발생할 수 있다. 실시예에서, 기판(202)의 전방 측부 상의 에피택셜 층의 성장은 약 1050 ℃ 보다 큰 온도에서 발생할 수 있다. 증착률은 증착 온도를 증가시킬 수 있지만, 기판(202)의 후방 측부로부터의 오토-도펀트(217)의 확산이 일어날 수 있다. 따라서, 오토-도핑을 감소하기 위한 수단을 제공하는 단계는 공정 온도를 증가시킬 수 있는 성능을 제공하여 장치(1300) 작업 처리량을 증가시킬 수 있다.
실시예는 컴퓨터 판독 매체에 저장될 수 있는 명령을 구비한 컴퓨터를 더 포함할 수 있어, 감소된 오토-도핑 에피택셜 장치(1300)의 다양한 실시예를 이용하는 방법을 위한 공정 실시예의 제어를 용이하게 할 수 있다. 공정을 제어하기 위한 명령은 주 공정 제어 명령을 포함한다. 실시예에서, 주 공정 제어 명령은 주입되는 불활성 가스(218) 및/또는 주입된 반응물 가스(221)의 유동 패턴 및/또는 유량을 제억하기 위한 명령을 포함할 수 있다. 실시예에서, 주 공정 제어 명령은 배기 반응물 가스(222) 및/또는 배기 불활성 가스(219)의 유동 패턴 및/또는 유량을 제어하기 위한 명령을 포함할 수 있다. 실시예에서, 주 공정 제어 명령은 주입된 반응물 가스(221)의 성분을 제어하기 위한 명령을 포함할 수 있으며, 주입된 반응물 가스(221)의 개별 성분의 유량들 중 하나 또는 그 이상의 제어를 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 주 공정 제어 명령은 기판(202)의 전방 측부의 표면 위로 유동하는 반응물 가스(221) 내의 도펀트의 농도 및 분포를 제어하기 위한 명령을 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 주 공정 제어 명령은 주입된 불활성 가스(218)의 처리 유동 및 전구체 유동 중 하나 또는 둘다의 유동 패턴 및/또는 유량을 제어하기 위한 명령을 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 주 공정 제어 명령은 웨이퍼 간극 영역(215)의 환기를 제어하기 위한 명령을 더 포함할 수 있다.
실시예에서, 주 공정 제어 명령은 처리 온도, 및/또는 램프-업(ramp-up) 온도 프로파일, 및/또는 쿨-다운(cool-down) 온도 프로파일, 및/또는 기판에 걸친 온도 균일도를 제어하기 위한 명령을 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 주 공정 제어 명령은 처리되는 기판의 회전 속도를 제어하기 위한 명령을 더 포함할 수 있다. 실시예는 에피택셜 성장 공정 전, 및/또는 동안, 및/또는 후의 회전 속도 프로파일을 포함할 수 있다.
도 11 및 도 13에 도시된 실시예는 에피택셜 증착 공정 동안 기판(202)의 후 방 측부 상의 결함 및 기판(202)의 전방 측부의 오토-도핑을 감소하기 위한 장치(1100, 1300)를 제공할 수 있다. 실시예는 조정가능한 두께를 가지는 웨이퍼 간극 영역(215)을 형성하는 수단, 기판(202)의 전방 측부 위의 불활성 가스(218)의 유동을 억제 또는 금지하는 동안, 불활성 가스(218)의 유동으로 웨이퍼 간극 영역(215)으로부터 오토-도펀트(217)를 환기하기 위한 수단, 및 기판(202)의 후방 측부의 표면 근처에 반응물 가스(221)의 유동을 억제 또는 금지하는 동안, 기판(202)의 전방 측부의 표면 위에 반응물 가스(221)를 유동하기 위한 수단을 포함할 수 있으며, 웨이퍼 간극 영역(215)은 서셉터 판(205)과 기판(202)의 후방 측부 사이의 영역을 포함할 수 있다.
소정의 전형적인 실시예들이 설명되고 첨부된 도면에서 도시되어 있지만, 이러한 실시예들은 단지 예시적인 것으로 본 발명이 이에 제한되지 않는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명은 본 기술 분야의 일반적인 기술자에 의해 변형될 수 있기 때문에 도시되고 설명된 특정 구성 및 배치로 제한되지 않는다.
도 1a는 종래 기술에 따른 에피택셜 처리 챔버 및 장치의 횡단면도.
도 1b는 웨이퍼를 갖는 종래 기술에 따른 서셉터의 횡단면도.
도 1c는 종래 기술에 따른 오토-도핑을 나타내는 에피택셜 층의 증착과 관련된 저항 프로파일을 도시하는 도면.
도 2a는 서셉터 판 상에 설치된 웨이퍼 처리 구조물을 포함하는 실시예를 도시하는 3차원 도면.
도 2b는 서셉터 판 상에 설치된 웨이퍼 처리 구조물을 포함하는 실시예를 도시하는 분해된 3차원 도면.
도 3a는 서셉터 판 상에 스커트를 갖는 웨이퍼 처리 구조물을 포함하는 실시예에 따른 분해된 3차원 도면.
도 3b는 서셉터 판 상에 웨이퍼를 유지하는 스커트를 갖는 웨이퍼 처리 구조물을 포함하는 실시예에 따른 횡단면도.
도 4는 서셉터 판 내에 위치된 조절가능한 격리 핀을 포함하는 실시예에 따른 횡단면도.
도 5a는 통풍구를 갖는 서셉터 판 상에 또한 통풍구를 갖는 스커트를 갖춘 웨이퍼 처리 구조물을 포함하는 실시예에 따른 3차원 도면.
도 5b는 통풍구를 갖는 서셉터 판 상에 웨이퍼를 유지하고 또한 통풍구를 갖는 스커트를 갖춘 웨이퍼 처리 구조물을 포함하는 실시예에 따른 횡단면도.
도 6은 서셉터 판 상에 웨이퍼를 유지하는 서셉터와 스커트를 갖는 웨이퍼 처리 구조물의 일부를 포함하는 실시예에 따른 확대된 횡단면도.
도 7은 통풍구를 갖춘 서셉터 판 상에 웨이퍼를 유지하고 또한 통풍구를 갖춘 스커트와 선반 연장부를 갖춘 웨이퍼 처리 구조물을 포함하는 실시예에 따른 횡단면도.
도 8은 웨이퍼를 로딩 및 언로딩하는데 사용되는 리프트 핑거를 갖춘 서셉터 판 상에 웨이퍼를 유지하는 스커트를 갖춘 웨이퍼 처리 구조물을 포함하는 실시예에 따른 횡단면도.
도 9a 내지 도 9e는 웨이퍼 홀더 구조물의 다양한 실시예를 도시하는 횡단면도.
도 9f는 웨이퍼 홀더 구조물의 실시예를 도시하는 평면도.
도 10a 및 도 10b는 통풍구를 갖춘 스페이서 링의 실시예를 도시하는 횡단면도 및 평면도.
도 10c는 비대칭 분포된 통풍구를 갖춘 스커트의 실시예를 도시하는 횡단면도.
도 10d는 비대칭 길이를 갖는 스커트의 실시예를 도시하는 횡단면도.
도 10e는 터빈 블레이드와 통풍구를 갖춘 스커트의 실시예를 도시하는 평면도.
도 11은 에피택셜 증착 장치 내의 웨이퍼 처리 구조물을 도시하는 횡단면도.
도 12는 에피택셜 증착 장치를 사용하는 방법을 나타내는 실시예의 흐름도.
도 13은 웨이퍼 홀더를 갖춘 에피택셜 처리 장치의 실시예를 도시하는 도면.

Claims (23)

  1. 서셉터 판 위에 기판을 지지하는 장치로서,
    정면과 후면을 포함하는 기판을 지지하며, 웨이퍼 지지 링 및 상기 웨이퍼 지지 링에 부착되는 웨이퍼 홀더 구조물을 포함하는 웨이퍼 처리 구조물, 및
    상기 웨이퍼 지지 링과 접촉하며 상기 서셉터 판 위에 위치되는 스페이서를 포함하며,
    상기 웨이퍼 홀더 구조물은 기판을 처리 위치에 지지하며,
    상기 스페이서는 상기 서셉터 판과 상기 기판의 후면 사이에 웨이퍼 간극 영역을 제공하도록 상기 웨이퍼 지지 링을 상기 서셉터 위에 위치시키며,
    상기 웨이퍼 지지 링과 상기 스페이서는 상기 서셉터 판으로부터 분리될 수 있는,
    서셉터 판 위에 기판을 지지하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 홀더 구조물은 선반, 베벨, 립, 돌기, 핑거 또는 이들의 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는,
    서셉터 판 위에 기판을 지지하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 웨이퍼 지지 링으로부터 분리가능하며 상이한 크기의 스페이서로 교체될 수 있는,
    서셉터 판 위에 기판을 지지하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스페이서는 스탠드-오프 핀을 포함하는,
    서셉터 판 위에 기판을 지지하는 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스탠드-오프 핀은 상기 서셉터 판 내의 슬롯 내측에 끼워 맞춰지는 돌기를 포함하는,
    서셉터 판 위에 기판을 지지하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지 링에 부착되고 상기 서셉터 판쪽으로 하향 연장하는 스커 트를 더 포함하며, 상기 웨이퍼 간극 영역으로 및/또는 웨이퍼 간극 영역으로부터의 불활성 가스의 흐름은 상기 스커트에 의해 제어되는,
    서셉터 판 위에 기판을 지지하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 스커트는 상기 웨이퍼 지지 링의 원주위를 따라서 수직 벽을 갖춘 링을 포함하는,
    서셉터 판 위에 기판을 지지하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 스커트는 상기 웨이퍼 간극 영역으로 및/또는 웨이퍼 간극 영역으로부터 상기 통풍구를 통한 불활성 가스의 흐름을 가능하게 하는 통풍구를 포함하는,
    서셉터 판 위에 기판을 지지하는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 처리 구조물은 상기 서셉터 판에 대해 조금 경사져 있으며, 상기 웨이퍼 처리 구조물에 의해 유지되는 기판은 분사 측에서는 조금 낮고 배기 측 에서는 조금 높은,
    서셉터 판 위에 기판을 지지하는 장치.
  10. 기판 상에 에피택셜 층을 증착하는 장치로서,
    처리 챔버,
    상기 처리 챔버 내의 서셉터 판,
    정면과 후면을 포함하는 기판을 상기 서셉터 판 위에 지지하며, 웨이퍼 지지 링과 상기 웨이퍼 지지 링에 부착되는 웨이퍼 홀더 구조물을 포함하는 웨이퍼 처리 구조물,
    상기 웨이퍼 지지 링과 접촉하고 상기 서셉터 상에 위치되며, 상기 서셉터 판과 상기 기판의 후면 사이에 웨이퍼 간극 영역을 제공하도록 상기 웨이퍼 지지 링을 상기 서셉터 판 위에 위치시키는 스페이서,
    반응물 가스를 상기 기판의 정면 상에 제공하는 상부 분사 매니폴드,
    상기 웨이퍼 간극 영역 근처의 상기 처리 챔버 내측으로 불활성 가스를 제공하는 하부 분사 매니폴드, 및
    상기 처리 챔버로부터 오토-도펀트를 함유하는 배기 가스를 제거하는 하부 배기 매니폴드를 포함하는,
    기판 상에 에피택셜 층을 증착하는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판의 정면 위의 영역으로부터 반응된 가스와 나머지 반응물 가스를 제거하는 상부 반응 가스 배기 포트를 더 포함하는,
    기판 상에 에피택셜 층을 증착하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 분사 매니폴드와 상기 상부 및 하부 배기 포트는 상기 기판 정면 상의 반응물 가스 흐름 패턴을 상기 기판 후면 상의 불활성 가스 흐름 패턴과 분리하고 격리시키는 수단을 제공하는,
    기판 상에 에피택셜 층을 증착하는 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    불활성 가스에 의해 상기 웨이퍼 간극 영역으로부터 오토-도펀트를 배기시키는 수단을 더 포함하며, 상기 오토-도펀트는 상기 에피택셜 증착 중에 기판의 후면으로부터 확산하는 도펀트를 포함하는,
    기판 상에 에피택셜 층을 증착하는 장치.
  14. 기판 상에 에피택셜 층을 증착시키기도록 서셉터 판 위에 기판을 지지하는 장치의 사용 방법으로서,
    에피택셜 반응기의 처리 챔버 내부의 서셉터 상에 스페이서와 웨이퍼 처리 구조물을 제공하는 단계,
    정면과 후면을 포함하는 기판을 제공하는 단계,
    웨이퍼 간극 영역 근처 및 기판 후면 아래의 처리 챔버 내측으로 불활성 가스를 유동시키는 단계,
    기판의 정면으로 처리 챔버 내측의 반응물 가스를 유동시키는 단계,
    상기 반응물 가스로부터 상기 기판 정면 상의 약간 도핑된 에피택셜 반도체 층을 성장시키는 단계, 및
    상기 웨이퍼 간극 영역으로부터 그리고 상기 처리 챔버로부터 웨이퍼 처리 구조물의 상부 아래로 상기 불활성 가스 함유 오토-도펀트를 배기하는 단계를 포함하며,
    상기 웨이퍼 처리 구조물은 웨이퍼 지지 링 및 상기 웨이퍼 지지 링에 부착되는 웨이퍼 홀더 구조물을 포함하며,
    상기 서셉터는 상기 웨이퍼 지지 링과 접촉하고 서셉터 판 위에 위치될 수 있으며, 상기 서셉터는 상기 서셉터 판과 상기 기판의 후면 사이에 웨이퍼 간극 영역을 제공하도록 상기 서셉터 판 위에 상기 웨이퍼 지지 링을 위치시킬 수 있으며, 상기 기판의 후면은 심하게 도핑된 반도체를 포함하는,
    기판 상에 에피택셜 층을 증착시키기도록 서셉터 판 위에 기판을 지지하는 장치의 사용 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 서셉터 판, 상기 웨이퍼 처리 구조물, 및 상기 기판을 회전시키는 단계를 더 포함하는,
    기판 상에 에피택셜 층을 증착시키기도록 서셉터 판 위에 기판을 지지하는 장치의 사용 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 불활성 가스는 수소, 질소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 또는 이들의 조합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 가스를 포함하는,
    기판 상에 에피택셜 층을 증착시키기도록 서셉터 판 위에 기판을 지지하는 장치의 사용 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 간극 영역을 배기하는 단계는 배기를 개선하도록 불활성 가스의 흐름을 조절하는 단계를 포함하는,
    기판 상에 에피택셜 층을 증착시키기도록 서셉터 판 위에 기판을 지지하는 장치의 사용 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 불활성 가스의 흐름을 조절하는 단계는 간극 크기의 조절, 스커트 길이의 조절, 통풍구의 숫자, 크기 및 위치의 조절, 웨이퍼 처리 구조물의 회전 속도의 조절, 분사 및 배기 포트의 위치 조절, 이들의 임의의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 수단을 더 포함하는,
    기판 상에 에피택셜 층을 증착시키기도록 서셉터 판 위에 기판을 지지하는 장치의 사용 방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 불활성 가스의 흐름은 상기 에피택셜 증착 중에 에피택셜 증착 및 처리 흐름 이전에 전구체 흐름을 더 포함하는,
    기판 상에 에피택셜 층을 증착시키기도록 서셉터 판 위에 기판을 지지하는 장치의 사용 방법.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 기판의 정면 상으로의 반응물 가스의 흐름은 다중 또는 조절가능한 분사 포트를 통해 상기 반응물 가스를 유동시키는 단계를 포함하는,
    기판 상에 에피택셜 층을 증착시키기도록 서셉터 판 위에 기판을 지지하는 장치의 사용 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 다중 또는 조절가능한 분사 포트를 통한 상기 기판의 정면 상으로의 반응물 가스의 흐름은 상기 기판 중심부에 여분의 도펀트를 제공하는 단계를 더 포함하는,
    기판 상에 에피택셜 층을 증착시키기도록 서셉터 판 위에 기판을 지지하는 장치의 사용 방법.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 처리 구조물 및 스페이서는 상기 기판 정면 상의 반응물 가스 흐름 패턴을 상기 기판 후면 상의 불활성 가스 흐름 패턴과 분리 및 격리시키는 수단을 제공하는,
    기판 상에 에피택셜 층을 증착시키기도록 서셉터 판 위에 기판을 지지하는 장치의 사용 방법.
  23. 에피택셜 층을 기판의 정면 상에 증착하는 에피택셜 증착 공정 중에 기판 후면 상의 결함과 기판 정면 상의 오토-도펀트를 감소시키는 장치로서,
    서셉터의 후면과 서셉터 판 사이의 영역을 포함하며 조절가능한 두께를 가지는 웨이퍼 간극 영역을 형성하는 수단,
    상기 기판의 정면 위로 불활성 가스의 흐름을 차단 또는 금지하면서 불활성 가스에 의해 상기 웨이퍼 간극 영역으로부터 오토-도펀트를 배기시키는 수단, 및
    상기 기판 후면 표면의 근처로 반응물 가스의 흐름을 차단 또는 금지하면서 상기 기판 정면의 표면 위로 반응물 가스를 유동시키는 수단을 포함하는,
    기판 후면 상의 결함과 기판 정면 상의 오토-도펀트를 감소시키는 장치.
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