KR20120036514A - 화학 기상 증착 장치용 서셉터 및 이를 갖는 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

화학 기상 증착 장치용 서셉터 및 이를 갖는 화학 기상 증착 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학 기상 증착 장치용 서셉터 및 이를 갖는 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다. 상기 화학 기상 증착 장치용 서셉터는, 하부 플레이트; 상기 하부 플레이트로부터 연장되는 측면부; 를 포함하고, 상기 측면부는, 웨이퍼를 상기 하부 플레이트로부터 이격되게 지지하는 지지부; 상기 지지부에 지지되는 상기 웨이퍼와 상기 하부 플레이트 사이의 공간을 통해 상기 서셉터의 일측에서 타측으로 가스 유동이 가능하도록 형성된 복수의 관통 개구; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 따르면, 서셉터의 측면부에 형성된 관통 개구를 통한 가스 유동이 가능하여, 웨이퍼 표면에 단결정막을 형성하는 공정에서 발생되는 오토도핑, 배면 할로우를 방지하고, MCLT 품질 제어가 가능한 화학 기상 증착 장치용 서셉터 및 이를 갖는 화상 기상 증착 장치를 제공할 수 있다.

Description

화학 기상 증착 장치용 서셉터 및 이를 갖는 화학 기상 증착 장치{Susceptor for chemical vapor deposition apparatus and chemical vapor deposition apparatus having the same}
본 발명은 화학 기상 증착 장치용 서셉터 및 이를 갖는 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다.
오늘날 반도체 소자 제조용 재료로서 광범위하게 사용되고 있는 웨이퍼(wafer)는 다결정의 실리콘을 원재료로 하여 만들어진 단결정 실리콘 박판을 말한다.
이러한 웨이퍼는, 다결정의 실리콘을 단결정 실리콘 잉곳(ingot)으로 성장시키는 성장 공정, 성장된 단결정 실리콘 잉곳을 웨이퍼의 형태로 자르는 슬라이싱 공정, 웨이퍼의 두께를 균일화하여 평면화하는 래핑(lapping) 공정, 기계적인 연마에 의하여 발생한 손상을 제거 또는 완화하는 에칭(etching) 공정, 웨이퍼 표면을 경면화하는 폴리싱(polishing) 공정, 그리고 웨이퍼를 세정하는 세정 공정(cleaning) 등을 거쳐 제조된다.
이러한 방법으로 제조된 웨이퍼를 폴리시드 웨이퍼(polished wafer)라 한다. 한편, 에피택셜 웨이퍼(epitaxial wafer)는 폴리시드 웨이퍼 표면에 또 다른 단결정막(또는 "에피층")을 성장시킨 웨이퍼를 말하며, 폴리시드 웨이퍼보다 표면 결함이 적고, 불순물의 농도나 종류의 제어가 가능한 특성을 갖는 웨이퍼이다. 상기 에피층은 순도가 높고 결정 특성이 우수하여 고집적화되고 있는 반도체 장치의 수율 및 소자 특성 향상에 유리한 장점을 갖는다.
화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; CVD)은 반도체 웨이퍼 상에 얇은 층의 물질을 성장시키는 처리이다. 이러한 처리에 의해 상이한 전도성을 갖는 층이 반도체 웨이퍼에 적용되어 희망하는 전기적 특성을 성취하게 된다.
웨이퍼 표면에 단결정막을 증착하기 위한 화학 기상 증착 장치는, 단결정막 증착이 이루어지는 공정 챔버와, 그 내부에 장착된 서셉터(susceptor)와, 상기 공정 챔버에 구비된 가열 램프(heating lamp)와, 웨이퍼 상으로 소스가스를 분사하는 가스분사유닛을 포함하여 구성된다. 가스분사유닛으로부터 분사된 소스가스는 서셉터 위에 지지된 웨이퍼 상에 단결정막을 형성하게 된다.
도 1은 종래의 화학 기상 증착 장치에 설치되는 서셉터의 구성을 도시하는 도면이다.
기존의 에피택셜 웨이퍼에서는 고농도 도펀트를 도핑한 저저항률의 실리콘 단결정 기판 상에 저농도 도펀트를 도핑한 고저항률의 에피층이 성장된다. 이 경우, 에피택셜 성장 중에 상기 실리콘 단결정 기판 내에 도핑된 도펀트가 실리콘 단결정 기판의 배면으로부터 공정 챔버 내로 방출되어 상기 에피층에 도핑되는 현상인 오토도핑(auto-doping) 현상이 발생하게 된다. 오토도핑은 에피택셜 웨이퍼의 저항률을 불균일하게 하여 웨이퍼의 품질을 저해하는 요인이 된다.
종래의 서셉터에서는 이러한 오토도핑 현상을 방지하기 위해 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 서셉터(1)에 길이방향으로 다수의 개구(2)를 형성하여, 이러한 개구(2)를 통해 웨이퍼(W)의 배면으로부터 발생되는 도펀트 원자를 배기시키도록 하고 있다. 그러나, 이와 같이 서셉터의 표면에 개구를 형성하게 되면 서셉터(1)의 강도가 매우 취약해지는 문제점이 있다.
또는, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 서셉터(3)의 외주에 인접하여 띠 형상으로 개구(4)를 형성하여, 이러한 개구(4)를 통해 웨이퍼(W)의 배면으로부터 발생되는 도펀트 원자를 배기시키도록 하고 있다. 그러나, 이러한 띠 형상의 개구(4)는 웨이퍼(W)의 배면에서 개구(4)가 있는 부분과 없는 부분의 경계에 띠 형상으로 배면 할로우(backside halo)를 생기게 하는 문제점이 있다. 또한, 개구(4)가 있는 부위에서 소수캐리어 수명(minority carrier life time : MCLT)이 열위해지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 웨이퍼 표면에 단결정막을 형성하는 공정에서 발생되는 오토도핑, 배면 할로우를 방지하고, MCLT 품질 제어가 가능한 화학 기상 증착 장치용 서셉터 및 이를 갖는 화학 기상 증착 장치를 제공하고자 함에 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 화학 기상 증착 장치용 서셉터는, 하부 플레이트; 상기 하부 플레이트로부터 연장되는 측면부; 를 포함하고, 상기 측면부는, 웨이퍼를 상기 하부 플레이트로부터 이격되게 지지하는 지지부; 상기 지지부에 지지되는 상기 웨이퍼와 상기 하부 플레이트 사이의 공간을 통해 상기 서셉터의 일측에서 타측으로 가스 유동이 가능하도록 형성된 복수의 관통 개구; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 관통 개구는 상기 하부 플레이트와 평행하게 상기 측면부를 관통하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 관통 개구는 서로 마주보는 상기 측면부에 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 의하면, 화학 기상 증착 장치는, 화학 기상 증착이 이루어지는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내에 배치되어 웨이퍼를 지지하기 위한 상기 서셉터; 상기 공정 챔버 내의 웨이퍼로 소스가스를 공급하는 소스가스 분사유닛; 상기 소스가스의 이송을 돕는 캐리어 가스를 분사하는 캐리어가스 분사유닛; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 캐리어가스 분사유닛은 상기 관통 개구에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 캐리어 가스는 H2, Ar, N2 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼 표면에 단결정막을 형성하는 공정에서 발생되는 오토도핑, 배면 할로우를 방지하고, MCLT 품질 제어가 가능한 화학 기상 증착 장치용 서셉터 및 이를 갖는 화상 기상 증착 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 화학 기상 증착 장치에 설치되는 서셉터의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에피택셜 웨이퍼를 제조하기 위한 화학 기상 증착 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공정 챔버 내부를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 서셉터의 구성을 도시하는 단면도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에피택셜 웨이퍼를 제조하기 위한 화학 기상 증착 장치의 개략적인 단면도이다.
에피택셜 웨이퍼는 폴리시드 웨이퍼(polished wafer) 표면에 또 다른 단결정막을 성장시킨 웨이퍼를 말한다. 에피택셜 웨이퍼는 기존의 실리콘 웨이퍼보다 표면 결함이 적고, 불순물의 농도나 종류의 제어가 가능한 특성을 갖는 웨이퍼이다. 이러한 단결정막은 순도가 높고 결정 특성이 우수하여 고집적화되고 있는 반도체 장치의 수율 및 소자 특성 향상에 유리한 장점을 갖는다.
한편, 폴리시드 웨이퍼는, 성장된 단결정 실리콘 잉곳을 웨이퍼의 형태로 자르는 슬라이싱 공정, 웨이퍼의 두께를 균일화하여 평면화하는 래핑(lapping) 공정, 기계적인 연마에 의하여 발생한 손상을 제거 또는 완화하는 에칭(etching) 공정, 웨이퍼 표면을 경면화하는 폴리싱(polishing) 공정, 그리고 웨이퍼를 세정하는 세정 공정(cleaning) 등을 거쳐 제조된다.
실시예에 따른 화학 기상 증착 장치(100)는 이송 챔버(110), 로드락 챔버(120, 130), 공정 챔버(140), 소스가스 분사유닛(150) 등을 갖는다.
이송 챔버(110)의 내부에는 수용부(111)가 형성되어 있으며, 이 수용부(111)에는 이송아암(112)이 설치된다. 이송아암(112)은 이송챔버(110), 로드락 챔버(120, 130), 공정 챔버(140) 사이에서 웨이퍼(W)를 이송한다.
로드락 챔버(120, 130)는 이송챔버(110)의 일측에 2개 구비될 수 있다. 일반적으로 로드락 챔버(120, 130)는 단결정막 증착이 이루어지는 공정 챔버(140)에 연결되어, 웨이퍼(W)의 대기장소로 활용된다.
이 중 하나의 로드락 챔버(120)에는 단결정막이 증착되기 전의 웨이퍼(W)가 저장되며, 다른 하나의 로드락 챔버(130)(또는, 제2 로드락 챔버)에는 단결정막이 증착된 웨이퍼(W)가 저장될 수 있다. 각 로드락 챔버(120, 130)는 게이트(G)를 통해 이송챔버(110)와 연결된다.
로드락 챔버(120)에 저장된 웨이퍼(W)는 이송아암(112)에 의해 공정 챔버(140)로 이송된다. 공정 챔버(140)에서는 소스가스에 의한 단결정막 증착공정이 진행된다. 웨이퍼(W) 상에 단결정막을 증착시키는 소스가스는 사염화규소(SiCl4), 삼염화실란(SiHCl3, Trichlorosilane, TCS), 이염화실란(SiH2Cl2, Dichlorosilane) 또는 실란(SiH4) 등과 같이 실리콘(Si)이 함유된 다양한 소스가스들 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 소스가스는 원활한 이송을 위해 비활성가스인 질소(N2), 아르곤(Ar) 또는 수소(H2)와 같은 캐리어가스에 의해 이송된다.
공정 챔버(140)는 이송 챔버(110)의 측면에 결합되며, 게이트(G)를 통해 이송 챔버(110)와 연결된다. 공정 챔버(140)는 그 내부에 웨이퍼(W)가 배치되는 수용부(141)를 갖는다.
공정 챔버(140)의 일측면에는 웨이퍼(W) 상으로 소스가스를 분사하는 소스가스 분사유닛(150)이 위치하고, 반대쪽 측면에는 소스가스가 배출되는 배기장치(143)가 설치되어 있다. 소스가스 분사유닛(150)에는 소스가스를 분사하기 위한 인젝터(152)가 구비된다.
공정 챔버(140)에서 단결정막이 증착된 웨이퍼(W)는 이송아암(112)에 의해 로드락 챔버(130)로 이송되어 냉각된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공정 챔버 내부를 도시하는 개략적인 단면도이다.
공정 챔버(140)에서는 소스가스에 의해 웨이퍼(W) 상에 단결정막을 증착하기 위한 공정이 진행된다. 공정 챔버(140)는 통상 석영으로 제작된다.
공정 챔버(140) 내부에는 지지대(170)가 배치되고, 지지대(170) 위에는 서셉터(180)가 위치된다. 이와 달리, 지지대(170) 없이 서셉터(180) 자체에 지지대가 구비될 수도 있다.
서셉터(180)는 웨이퍼(W)에 대한 단결정막 증착 공정이 이루어지는 동안에 웨이퍼(W)를 지지한다. 서셉터(180)의 하부에 배치된 지지대(170)는 서셉터(180)를 회전가능하게 지지할 수 있다.
공정 챔버(140)에는 소스가스를 분사하기 위한 소스가스 분사유닛(150)이 위치된다. 소스가스 분사유닛(150)은 서셉터(180) 위에 지지된 웨이퍼(W)와 대략 평행한 방향으로 소스가스를 분사하여, 웨이퍼(W) 상에 단결정막을 증착시킨다.
또한, 공정 챔버(140)에는 캐리어 가스를 분사하기 위한 캐리어가스 분사유닛(160)이 위치된다. 캐리어 가스는 소스가스의 원활한 이송을 돕기 위해 소스가스와 함께 분사되는 것으로, 질소(N2), 아르곤(Ar) 또는 수소(H2) 등이 될 수 있다.
공정 챔버(140)의 반대쪽 측면에는 웨이퍼(W) 상에 증착되지 않은 소스가스를 배출하기 위한 배기장치(143)가 설치된다.
본 실시예에서, 서셉터(180)에는 관통 개구(182b)가 형성된다. 이러한 관통 개구(182b)를 통해 서셉터(180)의 일측에서 타측으로 화살표 방향과 같은 가스의 유동이 가능하게 된다.
이하에서는, 도 4를 참조하여 본 발명의 서셉터의 구성을 상세히 살펴보기로 한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 서셉터의 구성을 도시하는 단면도이다.
실시예에 따른 서셉터(180)는 하부 플레이트(181)와, 상기 하부 플레이트(181)로부터 연장되는 측면부(182)를 포함한다. 상기 하부 플레이트(181)와 측면부(182)는 일체로 형성될 수도 있고, 별개의 부재로 형성될 수도 있다.
하부 플레이트(181)는 대략 원형 또는 타원형으로 형성될 수 있다. 측면부(182)는 상기 하부 플레이트(181)의 외주를 따라서 일정한 높이로 돌출된다. 따라서, 서셉터(180)에는 원형 또는 타원형의 우묵한 공간이 형성된다.
측면부(182)는 그 위에 웨이퍼(W)를 안착하여 웨이퍼(W)를 하부 플레이트(181)로부터 이격되게 지지하기 위한 지지부(182a)를 갖는다. 지지부(182a) 위에는 웨이퍼(W)의 외주 부분이 놓이게 된다. 따라서, 지지부(182a) 위에 안착된 웨이퍼(W)와 하부 플레이트(181) 사이에는 공간(S)이 형성된다.
종래의 화학 기상 증착 장치에서는 웨이퍼(W) 위에 단결정막을 증착하는 과정 동안에, 웨이퍼(W) 내에 도핑된 도펀트가 웨이퍼(W)의 배면으로부터 방출되어 웨이퍼(W) 위에 형성되는 단결정막에 도핑되는 오토도핑(auto-doping) 현상이 발생하게 된다. 오토도핑은 에피택셜 웨이퍼의 저항률을 불균일하게 하여 웨이퍼의 품질을 저해하는 요인이 된다.
또한, 웨이퍼(W) 위에 단결정막을 증착하는 과정 동안에, 소스가스가 웨이퍼(W)와 하부 플레이트(181) 사이의 공간으로 침투하여 웨이퍼(W)의 배면에서 성장하여 다결정 실리콘을 형성하게 되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 수단으로, 본 실시예에서는 서셉터(180)의 측면부(182)에 관통 개구(182b)를 형성한다.
관통 개구(182b)는 하부 플레이트(181)와 평행하게 측면부(182)를 관통하도록 복수 개 형성될 수 있다. 이와 달리, 관통 개구(182b)는 측면부(182)에 경사지게 형성될 수도 있다. 또한, 관통 개구(182b)는 공간(S)을 통해 서셉터(180)의 일측에서 타측으로 화살표로 도시된 바와 같이 가스 유동이 가능하도록 서로 마주보는 측면부(182)에 각각 형성될 수 있다. 관통 개구(182b)를 통해 서셉터(180)의 일측에서 타측으로 가스 유동이 가능하다면, 관통 개구(182b)의 형상 또는 서셉터(180)에서 관통 개구(182b)가 형성되는 위치는 제한되지 않는다. 이러한 관통 개구(182b)로는 캐리어가스 분사유닛(160)에서 분사되는 캐리어 가스가 공급된다.
웨이퍼(W) 위에 단결정막을 증착하는 과정 동안에, 캐리어 가스는 서셉터(180)의 일측의 관통 개구(182b)를 통해 공급되어 공간(S)을 지나 타측의 관통 개구(182b)를 통해 빠져나가게 된다. 캐리어 가스를 공급하는 동안에 공간(S)으로는 계속하여 캐리어 가스가 유동하고 있으므로, 웨이퍼(W)의 배면에서 방출되는 도펀트는 캐리어 가스와 함께 배출된다. 또한, 웨이퍼(W)의 배면으로 침투된 소스가스도 캐리어 가스와 함께 배출될 수 있게 된다.
따라서, 본 실시예에 의한 서셉터(180)에 따르면, 웨이퍼(W)의 품질을 악화시킬 수 있는 요인들이 관통 개구(182b)를 통해 유동하는 캐리어 가스와 함께 운반되어 제거될 수 있다.
또한, 서셉터(180)의 하부 플레이트(181)에는 개구를 형성하지 않아도 되므로 서셉터(180)의 강도를 개선하여 열충격에 의한 파손을 방지할 수 있다.
또한, 서셉터(180)의 하부에 개구를 형성하는 것에 비해 서셉터(180)의 측면부(182)에 관통 개구(182b)를 형성하는 것이 가공이 용이하여 서셉터(180)의 제작 비용을 절감할 수 있다.
또한, 서셉터(180)의 공간(S)을 통해 유동하는 캐리어 가스에 의해 웨이퍼(W) 위에 단결정막을 증착하는 과정 동안의 열 분포를 고르게 하여 슬립(slip; 결함의 종류)이나 에지 스트레스(edge stress)의 제어가 가능하게 되고, 배면 할로우(backside halo)를 억제하면서, MCLT 품질을 개선시킬 수 있게 된다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100 : 화학 기상 증착 장치 110 : 이송 챔버
111 : 수용부 112 : 이송아암
120, 130 : 로드락 챔버 140 : 공정 챔버
141 : 수용부 143 : 배기장치
150 : 소스가스 분사유닛 152 : 인젝터
160 : 캐리어가스 분사유닛 170 : 지지대
180 : 서셉터 181 : 하부 플레이트
182 : 측면부 182a : 지지부
182b : 관통 개구
W : 웨이퍼 G : 게이트
S : 공간

Claims (6)

  1. 화학 기상 증착 장치용 서셉터에 있어서,
    하부 플레이트;
    상기 하부 플레이트로부터 연장되는 측면부;
    를 포함하고,
    상기 측면부는,
    웨이퍼를 상기 하부 플레이트로부터 이격되게 지지하는 지지부;
    상기 지지부에 지지되는 상기 웨이퍼와 상기 하부 플레이트 사이의 공간을 통해 상기 서셉터의 일측에서 타측으로 가스 유동이 가능하도록 형성된 복수의 관통 개구;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 서셉터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 관통 개구는 상기 하부 플레이트와 평행하게 상기 측면부를 관통하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 서셉터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 관통 개구는 서로 마주보는 상기 측면부에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 서셉터.
  4. 화학 기상 증착 장치에 있어서,
    화학 기상 증착이 이루어지는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에 배치되어 웨이퍼를 지지하기 위한 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 서셉터;
    상기 공정 챔버 내의 웨이퍼로 소스가스를 공급하는 소스가스 분사유닛;
    상기 소스가스의 이송을 돕는 캐리어 가스를 분사하는 캐리어가스 분사유닛;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 캐리어가스 분사유닛은 상기 관통 개구에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 캐리어 가스는 H2, Ar, N2 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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