KR20100102131A - 에피텍셜 성장용 서셉터 - Google Patents

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Abstract

본발명은 에피텍셜 성장장치에서 단결정 기판을 수평으로 지지하기 위한 스폿페이싱을 가지는 에피텍셜 성장용 서셉터로, 스폿페이싱은 상기 단결정 기판이 당접(當接)하여 지지되는 외주영역과, 이 외주영역에 둘어싸여 있고 상기 단결정 기판과 접촉하지 않는 중앙영역을 가지며, 스폿페이싱의 중앙영역에는 에피텍셜 성장용 서셉터를 관통하는 하나 이상의 관통공이 형성되어 있으며, 스폿페이싱의 외주영역은 0°보다 크고 1°미만의 범위의 경사각으로, 중앙영역을 향하여 깊이가 증가하도록 경사져 있는 테이퍼 형상이면서, 또한 지지되는 단결정 기판은 직경은 3.3%이상의 수평폭을 가지는 것인 에피텍셜 성장용 서셉터를 제공한다. 이에 의해 단결정기판 이면의 외주측에서, 국소적으로 현저한 증착이 발생하는 것을 방지할 수 있는 에피텍셜 성장용 서셉터가 제공된다.

Description

에피텍셜 성장용 서셉터{SUSCEPTOR FOR EPITAXIAL GROWTH}
본 발명은 단결정 기판 상에 에피텍셜층을 적층하는 에피텍셜 성장장치에서, 에피텍셜 성장시에 단결정 기판을 지지하기 위한 에피텍셜 성장용 서셉터(이하에서는, 단순히 서셉터라 하는 경우도 있다)에 관한 것이다.
에피텍셜 성장기술은 바이폴라트랜지스터나 MOSLSI 등의 집적회로의 제조에 사용되는 단결정 박막층을 기상성장시키는 기술로, 청정 반도체 단결정 기판 상에 기판의 결정방위에 맞춰 균일한 단결정 박막을 성장시키거나 도펀트 농도차가 큰 접합의 급격한 불순물 구배를 형성할 수 있기 때문에 매우 중요한 기술이다.
이와 같은 에피텍셜 성장을 행하기 위한 장치로는 종형(팬케이크형), 배럴형(실린더형), 횡형의 3종류가 일반적이다. 이들 성장장치의 기본적인 원리는 공통적이다. 이 성장장치는 단결정 기판을 재치하기 위한 에피텍셜 성장용 서셉터를 내부에 구비한 반응실이나 반응실의 외부에 설치되는 할로겐램프 등으로 이루어진 가열수단 등을 구비하여 구성되어 있으며 종형 중에서 1장씩 처리하는 장치를 매엽식 에피텍셜 성장장치라 한다.
여기서, 예를 들어, 이 매엽식 에피텍셜 성장장치에 대해 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는 종래부터 사용되었던 일반적인 매엽식 에피텍셜 성장장치(특개2004-319623호 공보 등 참조)의 일 예를 나타낸 개략도이다.
이 매엽식 에피텍셜 성장장치(101)는 표면에 에피텍셜층이 적층되는 단결정 기판(102)이 내부에 배치되는 반응실(103)을 가지며, 이 반응실(103)에 원료가스·캐리어가스를 도입하기 위한 가스도입구(104)와 가스를 배출하는 가스배출구(105)가 설치되어 있다. 또한, 반응실(103) 내에는 단결정 기판(102)을 재치하는 서셉터(106)를 구비한다. 또한 반응실(103)의 상벽(107)은 석영유리로 이루어져 있다.
또한, 적어도 반응실(103)의 외부에는 단결정 기판(102)을 가열하는 예를 들면 할로겐램프 등의 가열수단(108)을 구비하고 있다.
여기서, 상기 서셉터(106)에 대해 추가로 설명한다. 도 10에 종래의 서셉터의 일 예를 개략적으로 나타냈다. 도 10의 (A)가 평면도, 도 10의 (B)는 서셉터의 일부 범위의 단면도이다.
도 10에 나타낸 바와 같이 서셉터(106)에는 스폿페이싱(110)이 형성되어 있으며 이 스폿페이싱(110)은 외주영역(111)과, 이 외주영역(111)에 둘러싸인 중앙영역(112)을 가지며, 외주영역(111)과 중앙영역(112)의 경계에는 단차(113)가 형성되어 있다.
외주영역(111)은 테이퍼 형상으로 표면에 에피텍셜 성장이 행해지는 단결정 기판(102)이 당접(當接)하여 지지되도록 되어 있으나, 중앙영역(112)은 단결정 기판(102)이 접촉하지 않도록 단차(113)을 통해 외주영역(111)보다도 깊은 위치에 형성되어 있다. 또한, 중앙영역(112)에는 단결정 기판(102) 이면의 자연산화막의 제거, 또한 할로의 형성 방지 등을 위한 관통공(114)이 형성되어 있다.
상기와 같이 도 ９에 나타낸 종래의 서셉터(106)를 구비한 매엽식 에피텍셜 성장장치(101)를 사용하여 단결정 기판(102) 상에 에피텍셜층을 형성하는 경우는, 도 10의 (B)와 같이 서셉터(106)의 스폿페이싱(110) 내에 단결정 기판(102)을 배치하고 서셉터(106)를 지지하는 지지축(109) 및 이를 회전(자전)시키는 도시하지 않은 회전기구에 의해 단결정 기판(102)을 회전시키면서 가열수단(108)으로 단결정 기판(102)을 소정의 온도로 가열한다. 그리고나서, 반응실(103) 내에 예를 들면 실리콘 단결정층을 에피텍셜 성장시키는 것이라면 수소 등의 캐리어가스로 희석한 트리클로로실란 등의 원료가스를 소정시간, 소정유량으로 가스도입구(104)로부터 공급함으로써 행한다.
이와 같이 하여 단결정 기판(102) 상에 에피텍셜층을 적층시킨 에피텍셜기판을 얻을 수 있다.
하지만 상기와 같은 종래의 서셉터(106)를 사용하여 단결정 기판(102)을 지지하여 에피텍셜 성장을 행하면 서셉터(106)의 중앙영역(112)에 형성된 관통공(114)으로부터 단결정 기판(102) 이면에 원료가스가 들어가 단결정 기판(102) 이면에 증착이 발생하는 경우가 있다. 이 때문에 에피텍셜기판의 외주부의 평탄성이 악화되는 문제가 있었다.
그래서 본 발명자가 에피텍셜 성장 후의 기판을 예의연구한 결과, 특히 에피텍셜 기판 이면의 외주측에서 국소적으로 현저한 증착을 보이는 것을 알 수 있었다. 또한, 이 이면 외주측에서의 증착은 단결정 기판과 서셉터의 스폿페이싱의 외주영역이 당접(當接)하는 위치 부근(단결정 기판과 스폿페이싱의 외주영역의 수평폭이 겹치는 부분)에서 집중적으로 발생했으며 그 결과, 국소적인 두께 변화가 에피텍셜 기판의 외주측에서 일어나는 것을 발견했다. 도 10의 (B)에 단결정 기판 이면의 외주측에 국소적으로 적층된 증착층도 나타낸다. 이 증착층의 두께는 반응시간에도 따르지만 0.05~0.3㎛정도이다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로 단결정 기판 이면의 외주측에서 국소적으로 현저한 증착이 발생하는 것을 방지할 수 있는 에피텍셜 성장용 서셉터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 에피텍셜 성장장치에서 단결정 기판을 수평으로 지지하기 위한 스폿페이싱을 가지는 에피텍셜 성장용 서셉터로, 상기 스폿페이싱은 상기 단결정 기판이 당접(當接)하여 지지되는 외주영역과 이 외주영역에 둘어싸여 있고 상기 단결정 기판과 접촉하지 않는 중앙영역을 가지며, 상기 스폿페이싱의 중앙영역에는 상기 에피텍셜 성장용 서셉터를 관통하는 하나 이상의 관통공이 형성되어 있으며, 상기 스폿페이싱의 외주영역은 0°보다 크고 1°미만의 범위의 경사각으로, 상기 중앙영역을 향하여 깊이가 증가하도록 경사져 있는 테이퍼 형상이면서 상기 지지되는 단결정 기판의 직경의 3.3%이상의 수평폭을 가지는 것을 특징으로 하는 에피텍셜 성장용 서셉터를 제공한다.
우선, 본 발명자가 조사한 결과, 단결정 기판 이면의 외주측의 국소적인 증착을 방지하기 위해서는 서셉터의 스폿페이싱의 외주영역의 경사각을 저각화(低角化)함과 동시에 외주영역을 종래품보다도 확장하여 단결정 기판과 서셉터의 스폿페이싱의 외주영역이 겹치는 부분을 넓혀서 단결정 기판 이면에서의 증착을 단결정 기판의 보다 중앙측에서 서서히 연속적으로 발생시키는 것이 유효하다는 것을 발견했다.
즉, 본 발명과 같이 단결정 기판이 당접(當接)되어 지지되는 테이퍼 형상의 외주영역이 0°보다 크고 1°미만의 범위의 경사각으로, 지지되는 단결정 기판의 직경의 3.3%이상의 수평폭을 가지는 서셉터라면 종래품의 경우와 달리 단결정 기판 이면의 외주측에서 국소적으로 두꺼운 증착이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에 에피텍셜 기판의 외주부의 평탄성이 양호하고 고품질인 에피텍셜 기판을 얻을 수 있다.
또한, 스폿페이싱의 중앙영역에는 에피텍셜 성장용 서셉터를 관통하는 하나 이상의 관통공이 형성되어 있기 때문에 에피텍셜 성장시에 단결정 기판 이면의 자연산화막을 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 스폿페이싱의 외주영역은 0°보다 큰 경사각이고, 중앙영역을 향하여 깊이가 증가하도록 경사진 테이퍼 형상이기 때문에 외주영역의 내연과 단결정 기판 이면이 접촉하지도 않고 단결정 기판 이면에 흠집이 나는 것을 방지할 수 있으며 또한 1°미만의 범위의 경사각이기 때문에 이면의 외주측의 증착을 억제할 수 있다.
이 때, 특히 상기 중앙영역에서 상기 외주영역에 지지된 상기 단결정 기판의 최외주부까지의 범위에 대응하는 외주영역의 수평폭이 상기 단결정 기판의 직경의 3.3%이상인 것이 바람직하다.
이와 같은 것이라면 단결정 기판 이면의 외주측에서 국소적으로 두꺼운 증착이 발생하는 것을 보다 확실히 방지할 수 있다.
이 때, 상기 스폿페이싱의 중앙영역은 곡면으로 이루어지는 오목한 형상인 것이 바람직하다.
지지되는 단결정 기판은 자체의 무게로 인해 휘어지기 쉬우며, 이 경우, 단결정 기판과 스폿페이싱의 중앙영역이 접촉하여 단결정 기판 이면에 흠집이나 슬립 등의 악영향이 미치는 경우가 있다.
하지만 스폿페이싱의 중앙영역이 곡면으로 이루어지는 오목한 형상이라면, 단결정 기판이 휘어도 단결정 기판과 스폿페이싱의 중앙영역이 접촉하지 않고 단결정 기판 이면의 상태를 양호하게 유지할 수 있다.
또한, 상기 스폿페이싱의 외주영역의 수평폭은 상기 지지되는 단결정 기판의 직경의 5.5%이상 7%이하인 것이 바람직하다.
이와 같이 스폿페이싱의 외주영역의 수평폭이 지지되는 단결정 기판의 직경의 5.5%이상이면 충분히 단결정 기판 이면의 외주측에서의 국소적인 증착을 방지할 수 있다. 또한, 7%이하면 외주영역이 필요 이상으로 폭이 넓어지지 않으며, 즉, 관통공이 형성되어 있는 중앙영역을 충분한 넓이로 확보할 수 있어 효율이 좋게 단결정 기판 이면의 자연산화막을 제거할 수 있다.
또한, 상기 중앙영역에서 상기 외주영역에 지지된 상기 단결정 기판의 최외주부까지의 범위에 대응하는 외주영역의 수평폭이 상기 단결정 기판의 직경의 5.5%이상 7%이하인 것이 바람직하다.
이와 같은 것은 국소적인 증착의 방지, 단결정 기판 이면의 자연산화막을 한층 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 상기 에피텍셜 성장용 서셉터는 직경 300mm이상의 단결정 기판용인 것으로 할 수 있다.
이와 같은 것이라면 최근의 단결정 기판의 직경의 확대화에 대응하여 직경 300mm이상의 단결정 기판에 에피텍셜 성장을 행할 때에 유효하게 사용가능한 것이 된다.
상기 스폿페이싱에서, 상기 외주영역의 내연과 상기 중앙영역의 외연의 깊이가 일치하거나, 또는 상기 외주영역의 내연에서 상기 중앙영역의 외연을 향하여 깊이가 증가하도록 0.05mm미만의 높이의 단차가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같은 것이라면 스폿페이싱의 외주영역에서 중앙영역에 걸친 급격한 깊이 방향의 변화가 없고 이 급격한 깊이 방향의 변화가 기인이 되는 단결정 기판 이면의 나노토폴로지의 악화를 방지할 수 있다.
본 발명의 에피텍셜 성장용 서셉터이라면 에피텍셜 성장시에 단결정 기판 이면의 자연산화막을 효과적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라 단결정 기판 이면의 외주측에서 국소적으로 현저한 증착이 발생하는 것을 극도로 억제할 수 있으며 외주부의 평탄성이 양호한 에피텍셜 기판을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 서셉터의 일 예를 나타내는 개략도로, (A)는 평면도, (B)는 단면도, (C)는 본 발명의 다른 서셉터의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 2의 (A)는 중앙영역이 평탄한 본 발명의 서셉터의 일 예, (B)는 중앙영역이 곡면으로 오목한 형상의 본 발명의 서셉터의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 서셉터를 구비한 매엽식 에피텍셜 성장장치의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 4는 실시예와 비교예에서의 서셉터형상과 이면 ZDD값의 관계를 나타낸 결과이다.
도 5는 실시예에서, 기판의 중심에서 반경방향으로 120mm보다도 외측 부분과 이면 ZDD값과의 관계의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예에서, 중심에서 반경방향으로 148mm의 위치에서, 원주방향으로 이면 ZDD값을 기판의 전주에 걸쳐 측정한 결과의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 7은 비교예에서, 기판의 중심에서 반경방향으로 120mm보다도 외측 부분과 이면 ZDD값의 관계의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 8은 비교예에서, 중심에서 반경방향으로 148mm의 위치에서 원주방향으로 이면 ZDD값을 기판의 전주에 걸쳐 측정한 결과의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 ９는 일반적인 종래의 매엽식 에피텍셜 성장장치의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 10은 종래의 서셉터의 일 예를 나타내는 개략도로, (A)는 평면도, (B)는 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 실시의 형태에 대해 설명하지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1에 본 발명의 에피텍셜 성장용 서셉터의 일 예의 개략을 나타내는 것으로, 도 1의 (A)는 평면도, 도 1의 (B)는 서셉터의 일부 범위의 단면도이다. 또한, 도 1의 (C)는 다른 서셉터의 일부 범위에서의 단면도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이 우선, 본 발명의 서셉터(6)에는 내부에 단결정 기판(2)을 수용하고 수평으로 지지하기 위한 스폿페이싱(10)이 형성되어 있다. 또한, 이 스폿페이싱(10)은 외주영역(11)과 이 외주영역(11)에 둘러싸인 중앙영역(12)을 가지고 있다.
외주영역(11)은 테이퍼 형상이며, 이 외주영역 상에 에피텍셜 성장이 행해지는 단결정 기판(2)이 당접(當接)하여 수평으로 지지되도록 되어있다. 한 편, 중앙영역(12)은 단결정 기판(2)이 접촉하지 않도록 외주영역(11)보다도 깊은 위치에 형성되어 있다.
여기서, 중앙영역(12)에 대해 설명한다. 이 중앙영역(12)에는 서셉터(6)를 관통하는 관통공(14)이 형성되어 있다. 이 관통공(14)의 수는 특별히 한정되지 않으며, 하나 이상 형성되어 있으면 되지만, 중앙영역(12)의 전면에 걸쳐 다수 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 중앙영역(12)의 전면에 걸쳐 형성되어 있으면 에피텍셜 성장시에 단결정 기판(2) 이면의 자연산화막을 이면의 전면에 걸쳐 제거할 수 있으며 할로의 형성을 방지할 수 있기 때문이다.
또한, 관통공(14)의 단면형상, 크기 등도 특별히 한정되지 않으며 그 때마다 적절히 결정할 수 있다. 이들은 예를 들면 종래와 같은 것으로 할 수 있다.
또한, 중앙영역(12)의 형상(면형상)은 외주영역(11)에 당접(當接)하여 지지되는 단결정 기판(2)과 접촉되어 있지 않으면 되며 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면 평탄한 형상으로 할 수 있다. 도 2의 (A)에 중앙영역(12)이 평탄한 경우의 일예를 나타낸다.
단, 단결정 기판(2)을 외주영역(11)에 지지한 경우, 실제로는 단결정 기판(2)은 자체의 무게로 인해 단결정 기판(2)의 중앙측이 아래쪽으로 휘어지기 쉽다. 이와 같은 경우를 고려하면 도 2의 (B)에 나타낸 바와 같이 중앙영역(12)이 곡면으로 이루어지는 오목한 형상인 것이 바람직하다.
이와 같은 것이라면 단결정 기판(2)이 휘어져도 서셉터(6)의 스폿페이싱(10)의 중앙영역(12)과 단결정 기판(2)이 접촉하지도 않고 단결정 기판(2) 이면의 상태를 양호하게 유지할 수 있다.
다음으로 외주영역(11)에 대해 설명한다. 외주영역(11)은 도 1의 (B)에 나타낸 바와 같이 경사각(θ)이 0°보다 크고 1°미만으로 경사진 테이퍼 형상이며, 중앙영역(12)을 향해 깊이가 증가하도록 형성되어 있다. 단결정 기판(2)을 지지하는 경우, 단결정 기판(2) 이면의 외주부와 당접(當接)한다.
여기서 경사각(θ)이 0°이하면, 외주영역(11)의 내연(15)이 단결정 기판(2)의 이면과 접촉해버려 단결정 기판(2)의 이면에 흠집이 생겨버린다. 한 편, 경사각(θ)이 1°이상이면, 단결정 기판(2) 이면 외주측의 국소적인 증착(예를 들면, 원료가스로 트리클로로실란을 사용하면 실리콘의 증착)이 발생한다. 따라서, 이들을 방지하기 위해 경사각(θ)이 0°보다 크고 1°미만인 것으로 할 필요가 있다.
또한, 이 외주영역(11)은 그 수평폭이 단결정 기판(2)의 직경의 3.3%이상이다. 종래품에서는 외주영역(11)의 수평폭은 1%정도로, 단결정 기판(2)과 외주영역(11)이 겹치는 범위가 좁으며, 이 때문에 단결정 기판(2) 이면의 외주측에서 국소적으로 두꺼운 증착이 발생해버려서, 에피텍셜 기판의 외주부의 평탄성에 악영향을 미쳤다.
하지만 본 발명과 같이 수평폭의 범위가 종래품에 비해 확대된 것이면 단결정 기판(2)과 외주영역(11)이 겹치는 범위가 확대되어 단결정 기판(2)의 이면에서의 증착을 단결정 기판(2)의 보다 중앙측에서 서서히 연속적으로 발생시킬 수 있기 때문에(도 1의 (B) 참조), 종래와 같이 국소적인 현저하게 두꺼운 증착도 발생하지 않고 외주측에서 급격한 두께 변화가 발생하지도 않는다.
상기 외주영역(11)의 수평폭은 단결정 기판(2)의 직경의 3.3%이상이면 되고, 중앙영역을 확보할 수 있는 것이면 그 상한 등은 한정되지 않지만 특히, 5.5%이상 7%미만인 것이 바람직하다. 수평폭이 이와 같은 범위라면 매우 효과적으로 단결정 기판의 외주측의 국소적인 증착을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 또한, 중앙영역(12)의 범위도 충분히 확보할 수 있다. 중앙영역(12)의 범위를 충분히 확보할 수 있으면 관통공(14)에 의한 효과와 함께 단결정 기판(2) 이면의 넓은 범위에 걸쳐 자연산화막의 제거, 또한 할로의 형성을 방지할 수 있다.
또한, 특히 수평방향에서, 중앙영역(12)에서 외주영역(11)로 지지된 단결정 기판(2)의 최외주부까지의 범위에 대응하는 외주영역(11)의 수평폭이 단결정 기판(2)의 직경의 3.3%이상, 또한, 5.5%이상 7%이하의 폭을 가지는 것이 바람직하다. 이와 같은 것이라면, 단결정 기판(2)과 외주영역(11)이 겹치는 범위를 종래에 비해 보다 확실히 확대할 수 있으며 국소적인 증착의 억제를 한층 확실하게 할 수 있다.
또한, 외주영역(11)의 외연과 지지된 단결정 기판(2)의 최외주부와의 간격(공간)은 통상적으로 매우적다. 일반적으로 생산성 등의 면에서 현실적으로는 서셉터의 스폿페이싱이 처리하는 단결정 기판(2)의 사이즈에 적합한 것을 사용할 수 있다.
또한, 외주영역(11)과 중앙영역(12)의 경계에 대해 설명하면 도 1의 (B)에 나타낸 바와 같이, 외주영역의 내연(15)과 상기 중앙영역의 외연(16)의 깊이가 일치하는지 혹은 도 1의 (C)에 나타낸 바와 같이 외주영역의 내연(15)에서 상기 중앙영역의 외연(16)을 향해 깊이가 증가하도록 0.05mm미만의 높이의 단차(13)가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 외주영역(11)에서 중앙영역(12)에 걸친 깊이 방향의 변화가 0.05mm미만으로 억제되어 있는 것이 좋다.
본 발명과 같이 외주영역(11)의 경사각이 1°미만인 경우, 상기 외주영역(11)에서 중앙영역(12)에 걸친 깊이 방향의 변화를 0.05mm미만으로 억제한 것으로 함으로써 에피텍셜 성장시에 단결정 기판(2) 이면의 스폿페이싱(10)의 외주영역(11)과 중앙영역(12)의 경계에 상당하는 부분에 변위가 발생하여 나노토폴로지의 악화가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 도 1의 (C)와 같이 외주영역의 내연(15)에서 상기 중앙영역의 외연(16)을 향해 깊이가 증가하도록 0.05mm미만의 높이의 단차(13)가 형성되어 있는 것이면, 단결정 기판(2) 이면에서 중앙영역(12)의 관통공(14)을 비교적 거리를 둘 수 있으며, 단결정 기판(2) 이면에 관통공(14)에 대응한 전사가 형성되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 서셉터(6)는 여러 종류의 단결정 기판(2)에 대응하는 것으로 할 수 있고 예를 들면 그 서셉터(6) 자체의 크기는 지지하는 단결정 기판(2)의 크기에 맞춘 것으로 할 수 있다. 물론 직경 300mm이상의 단결정 기판에 대응시킨 것으로 할 수도 있으며, 최근의 수요에 따라 직경이 큰 에피텍셜 기판을 제조하기 위한 것으로 할 수도 있다.
그 외에, 서셉터(6) 자체의 재질 등은 특별히 한정되지 않으며, 이도 지지하는 단결정 기판 등에 따라 적절한 것으로 이루어진 것을 할 수 있다. 예를 들면 그래파이트 기재에 SiC코팅한 것을 들 수 있다.
그리고, 이상과 같은 본 발명의 서셉터(6)를 사용하여 단결정 기판(2)을 지지하고, 에피텍셜 성장을 행할 때는 예를 들면 도 3에 나타낸 바와 같은 매엽식 에피텍셜 성장장치(1)에 배설하여 행할 수 있다.
이 에피텍셜 성장장치(1)에서는 본 발명의 서셉터(6) 이외의 반응실(3), 가스도입구(4), 가스배출구(5), 상벽(7), 가열수단(8), 지지축(9) 등은 특별히 한정되지 않으며, 종래와 동일한 것을 사용할 수 있다. 또한, 에피텍셜 성장을 행하기 위한 순서 자체는 종래와 동일한 방법으로 행할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예로 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
(실시예)
본 발명의 서셉터를 구비한 도 3의 매엽식 에피텍셜 성장장치를 사용하여 단결정 기판에 에피텍셜 성장을 행한 후 얻은 에피텍셜 기판 이면의 증착층에 대한 평가를 행했다.
단결정 기판으로 직경 300mm의 실리콘 단결정 기판을 준비하고, 원료가스로 트리클로로실란, 캐리어가스로 수소가스를 사용했다.
서셉터로는 중앙영역은 곡면으로 이루어진 단차가 없는 오목한 형상의 전면에 걸쳐 관통공이 복수개 형성된 것이며, 외주영역의 경사각이 0.5°또는 0.75°로, 외주영역의 수평폭이 준비한 실리콘 단결정 기판의 직경의 3.4%(외주영역의 수평폭/실리콘 단결정 기판의 직경=0.034), 5.7%(0.057), 6.7%(0.067) 중 어느 하나인 것을 준비했다. 또한, 서셉터의 중앙영역에서 단결정 기판의 최외주까지의 범위에 대응하는 외주영역의 수평폭은 각각 단결정 기판의 직경의 3.1%, 5.4%, 6.4%였다.
또한, 에피텍셜 기판 이면에서의 증착층의 성장 두께의 평가에 대해서는 광학간섭식 평탄성 측정기를 사용하여 표면변위량을 반경으로 이계미분한 엣지 근방 곡율형상 측정법(ZDD라 불리는 형상 파라미터)을 적용했다. ZDD는 동경(動徑)의 이계미분이기 때문에 반경에 대한 가속도적인 이면 변위량 변화를 나타내고 있다.
서셉터형상과 얻은 이면 ZDD값과의 관계를 도 4에 나타낸다. 또한 도 4의 이면 ZDD값은 중심에서 반경방향으로 148mm의 위치에서의 값의 일 예이다.
이와 같이 모두 0nm/mm2에서 -5nm/mm2의 범위내로 억제되어 있었다. 후술하는 비교예에 비해 이면 ZDD값의 절대치가 작고, 상기 측정부분에서 실리콘의 증착층이 급격하게 성장하는 것을 현저하게 억제할 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 특히 경사각이 0.5°이고, 수평폭이 5.7%, 6.7%인 경우에 이면 ZDD값이 0이고, 이면 외주측의 국소적인 급격한 실리콘의 증착을 방지하는데 있어서 특히 우수하다는 것을 알 수 있다.
또한, 도 5에 기판의 중심에서 반경방향으로 120mm보다도 외측부분과 이면 ZDD값과의 관계의 일 예를 나타낸다. 이는 외주영역의 경사각 0.5°, 수평폭이 5.7%인 서셉터를 사용한 경우이다. 이 도면으로부터 기판의 반경방향에서의 증착 정도의 대소를 알 수 있다.
도 5에서 횡축은 기판반경(mm)이고 종축은 에피텍셜 기판 이면의 ZDD(nm/mm2)이다. 종축의 이면 ZDD는 상기와 같이 표면 변위량을 반경으로 이계미분한 것에 상당하며 변위량의 가속도적인 변화를 나타내고 있다. 이 도 5는 이면에 관한 것이기 때문에 +방향은 기판의 표면측을 향한 변위를 나타내고, -방향은 기판의 이면측을 향한 변위를 나타내고 있다.
종래의 서셉터를 사용한 경우, 급격하게 두껍게 증착이 발생하는 반경 145~148mm의 범위라도 이면 ZDD값의 변동은 작고 국소적인 현저한 증착층의 두께의 증가는 발견할 수 없었다.
또한, 중심에서 반경방향으로 148mm의 위치에서 원주방향으로 이면 ZDD값을 기판의 전주에 걸쳐 측정한 결과를 도 6에 나타냈다.
이와 같이 기판 이면의 전주에 걸쳐 이면 ZDD값이 급격하게 크게 변동한 곳을 발견할 수 없었다. 즉, 기판 이면의 전주에 걸쳐 증착층이 국소적으로 두껍게 적층되지 않고 균일한 변위량을 가진 이면을 얻었다.
도 5, 6의 이들 경향은 경사각, 수평폭이 상이한 다른 본 발명의 서셉터를 사용한 경우에도 같았다.
(비교예)
본 발명과는 외주영역의 경사각과 수평폭이 다른 서셉터를 구비한 매엽식 에피텍셜 성장장치를 사용하여 실시예와 동일한 실리콘 단결정 기판에 에피텍셜 성장을 행했다. 서셉터 이외의 조업조건은 실시예와 동일하다.
또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 외주영역의 경사각을 0.5~4°, 수평폭을 1.1~6.7%(서셉터의 중앙영역에서 단결정 기판의 최외주부까지의 범위에 대응하는 외주영역의 수평폭으로는 0.8~6.4%)의 범위로 조합하여 행했다. 단, 물론 본 발명의 범위에서의 조합은 제외했다.
또한, 이면의 증착층에 대한 조사도 실시예와 동일하게 행했다.
서셉터형상과 얻어진 이면 ZDD값과의 관계를 실시예와 동일하게 도 4에 나타냈다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 모두 -9nm/mm2이하이며, 실시예에 비해 이면 ZDD값의 절대치가 크고 그 측정부분에서 증착이 급격하게 성장한 것을 알 수 있다. 이는 이하에 나타내는 도 7, 8로도 기판의 외주측에서 국소적으로 증착층이 성장한 것을 잘 알 수 있다.
도 7은 경사각 1°, 수평폭이 1.1%인 경우의 기판의 중심으로부터 반경방향에서 120mm보다도 외측부분과 이면 ZDD값의 관계의 일 예를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 8은 중심에서 반경방향으로 148mm의 위치에서 원주방향으로 이면 ZDD값을 기판의 전주에 걸쳐 측정한 결과이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 기판의 외주측(148mm부근)에서 국소적으로 이면 ZDD값이 큰 변화, 즉, 급격하게 증착층이 두껍게 성장하는 것을 알 수 있다.
또한, 도 8에 나타낸 바와 같이, 원주방향에서 이면 ZDD값에 큰 변동이 보이며, 균일하지 않은 두께로 증착층이 적층되어 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이 불균일하게 실리콘의 증착이 행해지면 당연히 기판의 외주부의 평탄성이 악화한다.
이상과 같이 실시예 및 비교예로 알 수 있듯이, 본 발명의 에피텍셜 성장용 서셉터라면 에피텍셜 성장하는 단결정 기판 이면의 외주측에서 국소적인 현저한 실리콘의 증착을 방지할 수 있다. 따라서, 외주부의 평탄성이 양호한 에피텍셜 기판을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용효과를 가지는 것은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (7)

  1. 에피텍셜 성장장치에서 단결정 기판을 수평으로 지지하기 위한 스폿페이싱을 가지는 에피텍셜 성장용 서셉터로,
    상기 스폿페이싱은 상기 단결정 기판이 당접(當接)하여 지지되는 외주영역과,
    이 외주영역에 둘어싸여 있고 상기 단결정 기판과 접촉하지 않는 중앙영역을 가지며,
    상기 스폿페이싱의 중앙영역에는 상기 에피텍셜 성장용 서셉터를 관통하는 하나 이상의 관통공이 형성되어 있으며,
    상기 스폿페이싱의 외주영역은 0°보다 크고 1°미만의 범위의 경사각으로, 상기 중앙영역을 향하여 깊이가 증가하도록 경사져 있는 테이퍼 형상이면서 동시에 상기 지지되는 단결정 기판의 직경의 3.3%이상의 수평폭을 가지는 것을 특징으로 하는 에피텍셜 성장용 서셉터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 중앙영역에서 상기 외주영역에 지지된 상기 단결정 기판의 최외주부까지의 범위에 대응하는 외주영역의 수평폭이 상기 단결정 기판의 직경의 3.3%이상인 것을 특징으로 하는 에피텍셜 성장용 서셉터.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 스폿페이싱의 중앙영역은 곡면으로 이루어지는 오목한 형상인 것을 특징으로 하는 에피텍셜 성장용 서셉터.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스폿페이싱의 외주영역의 수평폭은 상기 지지되는 단결정 기판의 직경의 5.5%이상 7%이하인 것을 특징으로 하는 에피텍셜 성장용 서셉터.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중앙영역에서 상기 외주영역에 지지된 상기 단결정 기판의 최외주부까지의 범위에 대응하는 외주영역의 수평폭이 상기 단결정 기판의 직경의 5.5%이상7%이하인 것을 특징으로 하는 에피텍셜 성장용 서셉터.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에피텍셜 성장용 서셉터는 직경 300mm이상의 단결정 기판용인 것을 특징으로 하는 에피텍셜 성장용 서셉터.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스폿페이싱에서, 상기 외주영역의 내연과 상기 중앙영역의 외연의 깊이가 일치하는지, 또는 상기 외주영역의 내연에서 상기 중앙영역의 외연을 향하여 깊이가 증가하도록 0.05mm미만의 높이의 단차가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 에피텍셜 성장용 서셉터.
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