KR20090035309A - 에피택셜용 단결정 기판의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

에피택셜용 단결정 기판의 제조방법 및 제조장치 Download PDF

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KR20090035309A
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Abstract

에피택셜용 단결정 기판을 제조하는 방법은 단결정 기판을 제공하는 단계, 단결정 기판의 일면 중 일부를 노출시키는 단계 및 단결정 기판의 일면 중 노출된 일부에 보호막을 형성하는 단계를 구비하며, 상기 단결정 기판의 일면 중 일부를 노출시키기 위해 중앙 홀이 형성된 커버 링을 단결정 기판 상에 위치시키고 상기 커버 링을 이용하여 단결정 기판의 가장자리를 선택적으로 가려서 정해진 영역에만 산화막, 질화막, 절연막 등을 형성할 수 있다.
에피택셜, 에칭, 엣지, 산화막, 질화막, 절연막, 오토 도핑

Description

에피택셜용 단결정 기판의 제조방법 및 제조장치 {MANUFACTURING METHOD AND APPARATUS FOR EPITAXIAL SINGLE-CRYSTAL SUBSTRATE}
본 발명은 반도체 소자 제조용 실리콘 단결정기판을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 기상에서 에피택셜층을 형성시킨 실리콘 에피택셜용 실리콘 단결정 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 실리콘 에피택셜용 실리콘 기판으로 고농도의 도펀트를 도핑한 저저항율 기판이 사용되고 있으며, 억셉터로는 보론(B)을, 도너로는 인(P), 비소(As), 또는 안티몬(Sb)이 도펀트로 첨가될 수 있다. 상기 에피택셜용 실리콘 기판은 잉곳을 절단(slicing), 에칭(etching), 연마(polishing) 등을 통해 제조될 수 있다.
저저항률의 실리콘 단결정 기판 위에 고저항율의 실리콘 에피택셜층을 기상 성장시킨 실리콘 에피택셜 웨이퍼는, 높은 게터링 능력과 낮은 래치업(latch-up)특성, 그리고 고온에서 슬립(slip)에 강한 특징을 가지고 있어, 최근에 MOS 디바이스뿐만 아니라 로직(Logic) 디바이스용 웨이퍼로서 널리 이용되고 있다. 일반적으로 실리콘 에피택셜 웨이퍼는 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 장치를 이용하여 제작되고 있는데, 이 장치 안의 서셉터 위에 실리콘 단결정 기판을 배치하고 적정온도로 가열하여 반응가스를 흘려주면 실리콘 단결정 기판 위에서 실리콘이 에피택셜 성장하게 된다.
이와 같이 CVD장치를 이용하여 고농도(1019원자/cm3 ~ 1021원자/cm3)의 도펀트를 도핑한 저저항율의 실리콘 단결정 기판 위에 저농도(1014원자/cm3 ~ 1017원자/cm3)의 도펀트를 도핑한 고저항율의 실리콘 에피택셜층을 기상 성장시키는 경우에는, 실리콘 단결정 기판의 배면으로부터 실리콘 단결정 기판내의 도펀트가 분위기 중에 방출되어 실리콘 에피택셜층에 도핑되는 현상, 즉, 오토도핑(auto-doping)이 발생하게 된다. 따라서, 기상성장을 실시하기 전에 실리콘 단결정기판의 배면, 즉 실리콘 에피택셜층이 형성되지 않는 표면에 오토도핑 방지용 실리콘 산화막을 형성하는 기술이 널리 이용되고 있다. 이러한 오토도핑 방지용 실리콘 산화막은 상압CVD법이나 플라즈마 CVD법으로 형성할 수 있다.
CVD장치를 이용하여 기판배면에 산화 막을 형성시킨 실리콘 단결정 기판 위에 실리콘 에피택셜 층을 형성할 경우, 실리콘 단결정 기판의 가장자리에 형성된 산화 막은 열 스트레스 때문에 미세한 균열이 발생되고, 균열 틈새를 반응 가스가 흘러 들어가 다결정 실리콘이 비정상적으로 성장할 수 있다. 그 결과 노듈(nodule)이 형성될 수 있다.
노듈은 실리콘 단결정 기판을 카세트에 담아 이동하거나 에피택셜층을 형성시킨 후 떨어질 수 있으며, 떨어진 노듈은 웨이퍼 표면에 파티클오염을 발생시키 는 원인이 될 수 있다.
또한, 반도체 디바이스 공정에서 불산 수용액으로 산화막을 제거하였을 경우 제거되지 않고 남아있는 노듈은 파티클을 발생시키는 원인이 되기도 하고, 실리콘 기판의 배면의 외주면에 단차를 형성시키기 때문에 리소그라피 공정에서 에피택셜 웨이퍼를 진공척에 흡착시켰을 때 웨이퍼 표면의 평탄도를 악화시키는 원인이 되기도 한다.
본 발명은 실리콘 에피택셜 기판을 제조하는 공정에서 노듈에 의한 오염 및 파티클 생성을 줄일 수 있는 실리콘 에피택셜용 단결정 기판의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 실리콘 에피택셜 기판을 제조하는 공정에서 산화막이 불필요한 부분과 필요한 부분을 효과적으로 차단할 수 있는 실리콘 에피택셜용 단결정 기판의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 원하는 영역에만 균일하게 산화막 또는 보호막을 증착할 수 있는 에피택셜 단결정 기판의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 에피택셜용 단결정 기판을 제조하는 방법은 단결정 기판을 제공하는 단계, 단결정 기판의 일면 중 일부를 노출시키는 단계 및 단결정 기판의 일면 중 노출된 일부에 보호막을 형성하는 단계를 구 비한다. 보호막을 형성하기 위해서 플라즈마 화학기상증착(PECVD)와 같은 방법이 사용될 수 있는데, 이때 단결정 기판의 가장자리를 제외한 중앙 부분만 기상에 노출시키거나 원하는 일부 영역만 기상에 노출시켜 보호막을 원하는 형상대로 형성할 수가 있다.
단결정 기판을 원하는 형상 및 크기로 노출시키기 위해서 중앙 홀이 형성된 커버 링을 사용할 수 있으며, 커버 링을 통해서 가장자리를 제외한 중앙 부분에 보호막을 형성하는 것이 용이해진다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 밀폐 가능한 챔버 내에서 에피택셜용 단결정 기판을 제조하는 방법은, 서셉터의 상부로 중앙 홀이 형성된 커버 링을 이격시켜 배치하는 단계; 서셉터 상에 단결정 기판을 올려 놓는 단계; 커버 링을 하강하여 단결정 기판 상에 커버 링을 안착시키는 단계; 밀폐된 챔버 내에서 안착된 단결정 기판 중 중앙 홀에 의해 노출된 부분에 화학기상증착으로 보호막을 형성하는 단계; 커버 링을 상승하여 단결정 기판으로부터 커버 링을 분리하는 단계; 및 서셉터로부터 단결정 기판을 챔버 밖으로 배출하는 단계;를 구비한다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 에피택셜용 단결정 기판을 제조하는 장치는 선택적으로 밀폐 가능한 챔버, 챔버 내에 제공되어 단결정 기판을 올려 놓기 위한 서셉터, 서셉터 상에서 상대적으로 승강 가능하며 서셉터 상에 올려진 단결정 기판 중 일부를 노출시키는 커버 링 및 챔버 내에서 화학기상증착을 수행하기 위한 보호막 증착부를 구비한다. 보호막 증착부는 플라즈마 화학기상증착 등을 수행하기 위한 설비로서, 예를 들어 고주파 발진기, 유도코일 및 가스공급노 즐 등을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 커버 링은 보호막을 형성하기 위한 영역만 선택적으로 노출시킬 수 있으며, 작업자의 의도와 일치하는 경계를 갖기 때문에 오토 도핑 등을 효과적으로 차단할 수 있다. 또한, 원하는 영역만을 균일하게 에칭할 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에피택셜용 단결정 기판의 제조장치를 설명하기 위한 단면도이며, 도 2 및 도 3은 에피택셜용 단결정 기판의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이고, 도 4는 도 1의 에피택셜용 단결정 기판의 제조장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 1을 참조하면, 에피택셜용 단결정 기판의 제조장치(100)는 PECVD를 수행하기 위한 챔버(110), 기판을 올려 놓기 위한 서셉터(120), 서셉터(120) 상에서 상하로 이동하는 커버 링(130), 커버 링(130)을 상하로 승강하기 위한 제1 리프트부(140), 서셉터(120)에 장착되며 기판을 상하로 승강하기 위한 제2 리프트부(150) 및 PECVD를 위한 보호막 증착부(160)를 포함한다.
챔버(110)는 일측에 형성된 슬릿 출입구(미도시)를 포함하며, 슬릿 출입구는 챔버(110)를 선택적으로 개폐하고 밀폐시킬 수가 있다. 챔버(110) 내부에는 서셉터(120)가 제공되며, 서셉터(120)는 정전 척 등으로 작용하여 기판을 임시로 올 려 놓기 위한 용도로 사용될 수 있다.
챔버(110) 내외부로는 PECVD를 위한 보호막 증착부(160)가 제공될 수 있다. 보호막 증착부(160)는 고주파 발진기(162, 163, 164), 유도코일(166, 167), 가스공급노즐(168)을 포함할 수 있으며, 종래의 방식으로 기판 상에 산화막, 질화막 또는 절연막 등을 형성할 수가 있다.
서셉터(120) 상에는 커버 링(130)이 제공된다. 커버 링(130)은 서셉터(120) 상에 올려지는 기판의 가장자리 또는 엣지(Edge)를 선택적으로 가리기 위한 것으로, 중앙에 형성된 중앙 홀(132)을 포함한다. 중앙 홀(132)은 대략 올려질 기판의 면적보다 작은 면적을 가지며, 기판의 엣지를 덮을 수 있도록 원형으로 형성될 수 있다.
서셉터(120)의 주변으로 커버 링(130)을 승강하기 위한 제1 리프트부(140)가 제공된다. 제1 리프트부(140)는 복수개의 제1 리프트 핀(142)을 포함하며, 제1 리프트 핀(142)은 커버 링(130)을 지지하여 상하로 이동시킬 수가 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 리프트 핀(142)에서 커버 링(130)의 전체 둘레를 지지하지 않는다. 이는 제1 리프트 핀(142)이 지지하지 않는 곳으로 기판을 출입하도록 하기 위한 것이다. 제1 리프트 핀(142)이 형성되지 않는 방향으로는 상술한 슬릿 출입구가 위치하고 있다.
역시 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 서셉터(120)에는 제2 리프트 핀(152)을 포함하는 제2 리프트부(150)가 제공된다. 제2 리프트 핀(152)은 복수개가 동시에 상하로 이동할 수 있는 구조로 형성되며, 서셉터(120)의 상면으로부터 돌출되며 서셉터(120)의 상면 하부로 이동할 수도 있다. 제2 리프트 핀(152)은 기판을 서셉터(120)의 상면으로부터 분리시키기 위한 것으로서, 챔버(110) 내로 로보트 암이 기판을 이송할 때, 제2 리프트 핀(152) 상으로 로보트 암이 기판을 용이하게 전달하고 전달 받을 수 있도록 할 수가 있다.
제1 및 제2 리프트부는 복수개의 리프트 핀을 포함하여 기판 또는 커버 링을 승강시키지만, 리프트 핀 외에도 다른 방식으로 기판 및 커버 링을 상하로 이동시킬 수가 있다. 예를 들어, 서셉터 자체가 상하로 이동하도록 하여 커버 링과 서셉터를 상대적으로 상하 이격시킬 수 있으며, 기판도 측면을 지지함으로써 홀딩한 흔적을 최소화하여 기판을 파지하도록 할 수도 있다.
이하 도 1에 도시된 제조장치(100)를 이용하여 에피택셜용 단결정 기판을 제조하는 방법을 설명한다.
다시 도 1을 참조하면, 밀폐 가능한 챔버(110) 내에서 커버 링(130)이 서셉터(120)로부터 상부로 이동하여 있으며, 제1 리프트 핀(142)에 의해서 지지된 상태를 유지한다. 이와 동시 또는 전후하여 외부에서는 로보트 암이 기판을 이송하고 있으며, 기판의 유입을 위해 챔버(110)의 슬릿 출입구가 임시로 개방될 수 있다.
이때 제2 리프트 핀(152)은 서셉터(120)의 상면으로부터 돌출되어 있으며, 기판을 지지할 준비를 하고 있다.
도 2를 참조하면, 챔버(110)가 임시적으로 개방되며, 로보트 암이 기판(10)을 챔버(110) 내부로 이송할 수 있다. 기판(10)을 챔버(110) 내부로 이송한 후, 로보트 암은 기판(10)을 돌출된 제2 리프트 핀(152) 상에 안전하게 올릴 수 있 다.
로보트 암이 기판(10)을 제2 리프트 핀(152) 상에 올린 후, 로보트 암은 챔버 밖으로 빠져 나가며, 그 후 슬릿 출입구가 폐쇄되어 챔버(110)가 밀폐된 상태로 전환될 수 있다. 밀폐된 이후, 챔버(110) 내부의 기압을 변화할 수 있으며, 일반적으로 낮은 기압으로 변화할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제2 리프트 핀(152)이 하강하여 기판(10)을 서셉터(120) 상에 안착시킬 수 있으며, 그 다음 또는 동시에 제1 리프트 핀(142)이 커버 링(130)을 하강하여 기판(10)의 표면에 밀착하도록 접근시킬 수 있다.
커버 링(130)이 기판(10)의 상면에 올려짐에 따라, 중앙 홀(132)을 포함하는 커버 링(130)은 기판(10)의 테두리 부분을 외부로부터 차단할 수 있으며, 중앙 홀(132)에 의해서 노출된 부분만 증착에 의한 보호막이 형성되도록 할 수가 있다.
커버 링(130)을 기판(10) 상에 밀착시킨 후, 보호막 증착부(160)가 작동하여 플라즈마 화학기상증착을 수행할 수 있다. 고주파 발진기(162, 163)로부터는 약 1.8~2.5MHz의 고주파가 발생할 수 있으며, 챔버(110) 내의 자기장을 유도할 수 있다. 서셉터(120) 역시 바이어스 고주파 발진기(164)와 연결될 수 있다.
플라즈마 화학기상증착이 진행되는 동안 가스공급노즐(168)로부터는 실레인(SiH4), 산소(O2), 아르곤(Ar)과 같은 반응가스가 공급될 수 있으며, 챔버(110) 하부의 펌핑부를 통해서 반응가스 등이 배출될 수 있다.
가스공급노즐(168)로부터 공급된 반응가스는 플라즈마화되고, 플라즈마화 된 반응가스들은 기판(10)의 표면에서 반응하여 증착을 수행할 수 있다.
참고로, 도 1 내지 도 3에서는 플라즈마 화학기상증착 장치의 일 예를 도시한 것으로서, 화학기상증착 장치를 수행할 수 있는 다양한 장치 및 증착방법이 본 발명에 적용될 수 있을 것이다.
상기와 같은 플라즈마 화학기상증착에 따르면, 커버 링(130)에 의해서 가려진 부분은 증착이 이루어지지 않으며, 중앙 홀(132)에 의해서 노출된 부분에만 증착이 이루어질 수 있다. 이는 주로 기판(10)의 엣지를 제외한 중앙부 대부분이 될 수 있다.
커버 링(130)의 재질은 일반적인 세라믹 히터의 재료인 알루미나 등이 사용될 수 있으며, 플라즈마 화학기상증착에 의해서 생성된 중앙 홀 하부의 보호막은 이후 세정과정에서 플라즈마 등을 이용하여 다시 제거될 수 있다.
증착 후, 기판(10)을 챔버(110)에서 빼내는 과정은 상기 설명된 과정을 역순으로 진행하여 달성할 수 있다.
예를 들어, 증착이 완료되면, 제1 리프트 핀(142)이 상승하여 커버 링(130)을 기판(10)의 표면으로부터 분리시킬 수 있다. 그 다음 슬릿 출입구가 열리면서 로보트 암이 챔버(110) 안으로 들어올 수 있고, 이때 제2 리프트 핀(152)이 상승하여 기판(10)을 서셉터(120)로부터 분리시킬 수 있다.
로보트 암은 서셉터(120) 상에 부양된 기판(10)을 전달 받고서, 챔버(110) 밖으로 나가며, 챔버(110)는 다시 슬릿 출입구에 의해서 폐쇄될 수 있다. 그리고, 커버 링(130)을 지지하던 제1 리프트 핀(142)은 하강할 수 있으며, 커버 링(130)이 서셉터(120) 상에 올려지거나 서셉터(120)로부터 일정 거리 이격되도록 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 커버 링(130)을 이용하여 기판(10)의 가장자리를 선택적으로 차단하고, 차단된 가장자리를 제외하고 보호막을 형성하기 때문에 추후 보호막을 제거할 필요가 없게 된다. 이는 대량 생산에 사용할 때에 현저한 효과를 발생할 수 있다. 예를 들어, 공정 단순화에 따른 원가절감 효과를 기대할 수 있으며, 엣지 부근에서 산화막 등을 제거하기 위한 장비 및 과정을 생략할 수가 있다. 따라서 장비 구입비, 장비 유지비, 장비 보수비 등을 절약할 수가 있다. 또한, 에칭이나 연마 등을 위한 비용도 절약할 수가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에피택셜용 단결정 기판의 제조장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2 및 도 3은 에피택셜용 단결정 기판의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 도 1의 에피택셜용 단결정 기판의 제조장치를 설명하기 위한 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100：제조장치 110：챔버
120：서셉터 130：커버 링
140：제1 리프트부 142：제1 리프트 핀
150：제2 리프트부 150：제2 리프트 핀
160：보호막 증착부 162~164：고주파 발진기
166, 167：유도 코일 168：가스공급노즐

Claims (14)

  1. 에피택셜용 단결정 기판을 제조하는 방법에 있어서,
    단결정 기판을 제공하는 단계;
    상기 단결정 기판의 일면 중 일부를 노출시키는 단계; 및
    상기 단결정 기판의 일면 중 상기 노출된 일부에 보호막을 형성하는 단계;
    를 구비하는 에피택셜용 단결정 기판의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단결정 기판의 일면 중 일부를 노출시키는 단계에서,
    상기 단결정 기판 상에 중앙 홀이 형성된 커버 링을 올려 놓는 것을 특징으로 하는 에피택셜용 단결정 기판의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 중앙 홀은 상기 단결정 기판보다 작은 면적으로 형성되며,
    상기 커버 링은 상기 단결정 기판의 가장자리 엣지를 따라 가리는 것을 특징으로 하는 에피택셜용 단결정 기판의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보호막을 형성하는 단계에서 플라즈마 화학기상증착(PECVD)이 이용되 는 것을 특징으로 하는 에피택셜용 단결정 기판의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보호막은 산화막, 질화막 또는 절연막인 것을 특징으로 하는 에피택셜용 단결정 기판의 제조방법.
  6. 밀폐 가능한 챔버 내에서 에피택셜용 단결정 기판을 제조하는 방법에 있어서,
    서셉터의 상부로 중앙 홀이 형성된 커버 링을 이격시켜 배치하는 단계;
    상기 서셉터 상에 단결정 기판을 올려 놓는 단계;
    상기 커버 링을 하강하여 상기 단결정 기판 상에 상기 커버 링을 안착시키는 단계;
    밀폐된 챔버 내에서 상기 안착된 단결정 기판 중 상기 중앙 홀에 의해 노출된 부분에 화학기상증착으로 보호막을 형성하는 단계;
    상기 커버 링을 상승하여 상기 단결정 기판으로부터 상기 커버 링을 분리하는 단계; 및
    상기 서셉터로부터 상기 단결정 기판을 상기 챔버 밖으로 배출하는 단계; 를 구비하는 에피택셜용 단결정 기판의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 커버 링은 제1 리프트 핀에 의해서 승강하는 것을 특징으로 하는 에피택셜용 단결정 기판의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 서셉터에는 상기 단결정 기판을 승강하기 위한 제2 리프트 핀을 포함하며, 상기 제2 리프트 핀은 상기 단결정 기판을 상기 서셉터 상에 올리기 전에 상승하여 상기 단결정 기판을 전달 받으며, 상기 단결정 기판을 배출하기 전에 상승하여 상기 단결정 기판을 상기 챔버 밖으로 전달하는 것으로 특징으로 하는 에피택셜용 단결정 기판의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 단결정 기판을 상기 챔버 내외로 이송하기 위해서 로보트 암이 사용되며, 상기 챔버는 상기 로보트 암이 통과하는 경우에 선택적으로 개방되는 것을 특징으로 하는 에피택셜용 단결정 기판의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 보호막을 형성하는 단계에서 플라즈마 화학기상증착(PECVD)이 이용되는 것을 특징으로 하는 에피택셜용 단결정 기판의 제조방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 보호막은 산화막, 질화막 또는 절연막인 것을 특징으로 하는 에피택셜용 단결정 기판의 제조방법.
  12. 에피택셜용 단결정 기판을 제조하는 장치에 있어서,
    선택적으로 밀폐 가능한 챔버;
    상기 챔버 내에 제공되어 단결정 기판을 올려 놓기 위한 서셉터;
    상기 서셉터 상에서 상대적으로 승강 가능하며, 상기 서셉터 상에 올려진 상기 단결정 기판 중 일부를 노출시키는 커버 링; 및
    상기 챔버에서 화학기상증착을 수행하기 위한 보호막 증착부;
    를 구비하는 에피택셜용 단결정 기판의 제조장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 서셉터에 대해 상대적으로 상기 커버 링을 승강하기 위한 제1 리프트부 및 상기 서셉터에 대해서 상대적으로 상기 단결정 기판을 승강하기 위한 제2 리프트부를 포함하는 에피택셜용 단결정 기판의 제조장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 리프트부는 상기 커버 링을 승강하기 위한 복수개의 제1 리프트 핀을 포함하며, 상기 제2 리프트부는 상기 단결정 기판을 승강하기 위한 복수개의 제2 리프트 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 에피택셜용 단결정 기판의 제조장 치.
KR1020070100528A 2007-10-05 2007-10-05 에피택셜용 단결정 기판의 제조방법 및 제조장치 KR20090035309A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2011014328A3 (en) * 2009-07-30 2011-05-05 Lam Research Corporation Light-up prevention in electrostatic chucks
WO2011099676A1 (ko) * 2010-02-12 2011-08-18 주식회사 세미머티리얼즈 박막증착장치

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