KR20120083851A - 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법 - Google Patents

반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법 Download PDF

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KR20120083851A
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Abstract

본 발명은, 스루풋을 저하시키지 않고, 오일리 실란의 안전한 제거가 가능한 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 반도체 제조 장치는, 웨이퍼가 도입되는 반응실과, 반응실에 프로세스 가스를 공급하는 프로세스 가스 공급 기구와, 웨이퍼를 배치하는 웨이퍼 지지 부재와, 웨이퍼를 정해진 온도로 가열하기 위한 히터와, 웨이퍼를 회전시키기 위한 회전 구동 제어 기구와, 반응실로부터 가스를 배출하는 배기구를 포함하는 가스 배출 기구와, 상기 반응실의 하부에 설치되는 오일리 실란을 도입하기 위한 드레인을 구비한다.

Description

반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법{SEMICONDUCTOR MANUFACTURING APPARATUS AND SEMICONDUCTOR MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 예컨대 Si 소스 가스를 이용하여 반도체 웨이퍼 상에 성막을 행하는 데에 사용되는 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법에 관한 것이다.
예컨대, Si의 에피택셜 성장 장치에 있어서, 반응실 내에 캐리어 가스로서의 H2 가스와, 소스 가스로서, SiH2Cl2 가스나, SiHCl3 가스 등이, 프로세스 가스로서 혼합되어 공급된다. 그리고, 예컨대, 웨이퍼 온도를 1100℃ 정도로 하고, 수소 환원 반응에 의해 Si를 웨이퍼 상에 에피택셜 성장시킨다.
이 때, 반응실 내의 서셉터 등의 부재에 퇴적된 폴리실리콘 등의 반응 부생성물을 제거하기 위해서, 정기적으로 HCl 가스 등의 염소계 가스를 이용한 클리닝(에칭 처리)이 행해진다. 이 때, 반응실 내에는 반응 부생성물로서 Si-H-Cl의 중합체가 생성되고, 배기구 부근에서 냉각되어 오일리 실란(oily silane)(반응성 폴리실록산)으로서 퇴적된다.
이와 같이 퇴적된 오일리 실란은, 배기계의 폐색을 막기 위해서, 통상, 정기적으로 행해지는 반응실의 유지 보수시에 제거된다. 그러나, 대기 개방시에, 표면이 대기중의 수분과 반응하여 H2 가스, HCl 가스를 발생시킨다고 하는 문제가 있다(예컨대 특허문헌 1 등 참조).
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2008-112919호 공보(청구항 1 등)
오일리 실란은, 반응실이 대기 개방되면, 표면이 대기중의 수분과 반응하여 H2 가스, HCl 가스를 발생시키지만, 표면이 SiO2가 되어 고화되어, 그 이상의 반응은 억제된다. 그러나, 수직면에서는, 퇴적된 오일리 실란은 거의 SiO2가 되어 고화되기 때문에 문제가 없지만, 수평면에서는 어느 정도 모이면, 오일리 실란을 박리할 때, 고화 부분의 하층의 미반응의 오일리 실란이, 격렬하게 반응하기 때문에, H2 가스의 발화, 폭발의 위험성이 있다. 특히, 대기 개방 빈도가 낮아 오일리 실란이 모이기 쉬운 매엽식 에피택셜 성장 장치에서 문제가 된다.
그래서, 습식, 건식으로 대기 개방하지 않고 오일리 실란을 제거하는 것이 검토되고 있다. 그러나, 오일리 실란은 표면이 산화되면 하층으로의 반응이 억제되기 때문에, 산화와 표면 제거를 반복하여 행할 필요가 있어 스루풋에 영향을 미친다고 하는 문제가 있다.
그래서, 본 발명은, 스루풋을 저하시키지 않고, 오일리 실란의 안전한 제거가 가능한 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명의 일 양태의 반도체 제조 장치는, 웨이퍼가 도입되는 반응실과, 반응실에 프로세스 가스를 공급하는 프로세스 가스 공급 기구와, 웨이퍼가 배치되는 웨이퍼 지지 부재와, 웨이퍼를 정해진 온도로 가열하기 위한 히터와, 웨이퍼를 회전시키기 위한 회전 구동 제어 기구와, 반응실로부터 가스를 배출하는 배기구를 포함하는 가스 배출 기구와, 상기 반응실의 하부에 설치되며 오일리 실란을 도입하기 위한 드레인을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태의 반도체 제조 장치에 있어서, 배기구는, 반응실의 바닥면에 배치되고, 배기구의 외주부 아래쪽에, 드레인에 오일리 실란을 도입하기 위한 도입 기구를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 양태의 반도체 제조 장치에 있어서, 상기 배기구는, 상기 반응실의 아래쪽 측면에 설치되고, 상기 드레인은, 상기 반응실의 바닥면에 접속되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 양태의 반도체 제조 방법은, 반응실 내에 웨이퍼를 도입하여 웨이퍼를 정해진 온도로 가열하고, 웨이퍼를 회전시켜, 웨이퍼 상에 Si 소스 가스를 포함하는 프로세스 가스를 공급함으로써, 웨이퍼 상에 성막하고, 잉여의 프로세스 가스를 배출하고, 오일리 실란을 드레인에 도입하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 양태의 반도체 제조 방법에 있어서, 오일리 실란이 도입된 드레인을, 반응실과 분리한 후, 오일리 실란을 처리하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 반도체 제조 공정에 있어서의 스루풋을 저하시키지 않으면서, 오일리 실란의 안전한 제거가 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 양태의 에피택셜 성막 장치의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 양태의 오일리 실란 받이를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 양태의 에피택셜 성막 장치의 구조를 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
(실시형태 1)
도 1에, 본 실시형태의 반도체 제조 장치인 에피택셜 성막 장치의 단면도를 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이, 예컨대 Φ 200 ㎜의 웨이퍼(w)가 성막 처리되는 반응실(11)에는, 반응실(11) 상측으로부터, 트리클로로실란, 디클로로실란 등의 소스 가스를 포함하는 프로세스 가스 등을, 정해진 유량으로 웨이퍼(w) 상에 공급하기 위한 가스 공급 기구(12)와 접속된 가스 공급구(12a)가 설치되어 있다. 반응실(11)의 내벽에는, 예컨대 석영으로 이루어진 라이너(11a)가 마련되어 있다. 반응실(11) 아래쪽에는, 예컨대 2 지점에, 가스를 배출하고, 반응실(11) 내의 압력을 일정하게(상압으로) 제어하기 위한 가스 배출 기구(13)와 배관 접속된 가스 배출구(13a)가 배치되어 있다. 가스 배출구(13a)에는, 각각 오일리 실란 받이(14a)가 설치되고, 밸브(14b)를 통해 오일리 실란을 도입하기 위한 드레인(14c)과 접속되어 있다.
도 2에 오일리 실란 받이(14a)의 평면도를 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이, 가스 배출구(13a)의 외주부로부터, 반응실(11)의 외부에 오일리 실란을 도입하는 도입 기구인 오일리 실란 받이(14a)는, 회전축(18a)의 주위에 설치되어 있다. 이 오일리 실란 받이(14a)는, 예컨대 경면 가공된 SUS로 구성되어 있다. 그리고, 그 자체에 오일리 실란이 모이지 않도록 테이퍼지며, 가장 낮은 위치에 설치된 드레인구(14d)로부터 오일리 실란이 배출되는 기구로 되어 있다.
드레인(14c)에는, 필요에 따라 오일리 실란의 양을 검지하는 검지 기구(도시하지 않음)나, 가스 배출용 펌프(도시하지 않음) 등이 설치된다.
반응실(11)의 상부에는, 가스 공급구(12a)로부터 공급된 프로세스 가스를, 웨이퍼(w) 상에 정류 상태로 공급하기 위한 정류판(15)이 설치되어 있다. 그리고, 그 아래쪽에는, 웨이퍼(w)를 유지하기 위한 유지 부재인 서셉터(16)가, 회전 부재인 링(17) 상에 설치되어 있다. 또한, 유지 부재는 환형의 홀더여도 좋다. 링(17)은, 웨이퍼(w)를 정해진 회전 속도로 회전시키는 회전축(18a), 모터(도시하지 않음) 등으로 구성되는 회전 구동 제어 기구(18)와 접속되어 있다.
링(16)의 내부에는, 웨이퍼(w)를 가열하기 위해서, 예컨대, SiC로 이루어진 디스크형의 히터(19)가 설치되어 있다. 또한, 히터(19)에는 균일하게 가열하기 위해서, 패턴이 형성되어 있어도 좋다. 히터(19)로서는, 웨이퍼(w)의 주연부를 가열하기 위한 환형의 히터를 이용하여도 좋고, 효율적으로 가열하기 위한 리플렉터를 갖고 있어도 좋다.
이와 같이 구성되는 에피택셜 성막 장치를 이용하여 예컨대 Φ 200 ㎜의 Si 웨이퍼(w) 상에, Si 에피택셜막이 형성된다.
우선, 반응실(11)에 웨이퍼(w)를 반입하고, 웨이퍼(w)가 배치된 서셉터(16)를, 링(17) 상에 배치한다. 그리고, 웨이퍼(w)의 면내 온도가 균일하게, 예컨대 1100℃가 되도록 히터(19)의 온도를 1500℃?1600℃로 제어한다.
그리고, 회전 구동 제어 기구(18)에 의해, 웨이퍼(w)를, 예컨대 900 rpm으로 회전시키고, 프로세스 가스를, 가스 공급 기구(12)로부터 가스 공급구(12a)를 통해, 정류판(15)을 거쳐 정류 상태로 웨이퍼(w) 상에 공급한다. 프로세스 가스는, 예컨대, 디클로로실란 농도가 2.5%가 되도록 H2 등의 희석 가스에 의해 희석되고, 예컨대 50 SLM으로 공급된다.
잉여의 디클로로실란, 희석 가스를 포함하는 프로세스 가스, 반응 부생성물인 HCl 등의 가스는, 서셉터(16)의 외주로부터 아래쪽으로 배출된다. 또한, 이들 가스는, 가스 배출구(13a)를 통해 가스 배출 기구(13)로부터 배출되고, 반응실(11) 내의 압력이 일정하게(예컨대 상압으로) 제어된다. 이와 같이 하여, 웨이퍼(w) 상에 Si 에피택셜막을 성장시킨다.
이 때, 가스 배출구(13a) 근방의 석영 라이너(11a)와 반응실(11)의 내벽 사이의 간극이나, 석영 라이너(11a)의 내벽에는, 잉여의 프로세스 가스 등의 가스로부터 생성된 오일리 실란이 퇴적되지만, 가스 배출구(13a)의 외주부에 설치된 오일리 실란 받이(14a)에 적하하여 드레인구(14d), 밸브(14b)를 거쳐 드레인(14c)에 모인다.
그리고, 드레인(14c) 내에 정해진 양의 오일리 실란이 모이면, 밸브(14b)를 폐쇄하여 이음매로부터 드레인(14c)을 분리한다. 그리고, 드래프트 내부 등의 안전한 환경 하에서 오일리 실란을 처리한다. 그 때, 발생하는 H2, HCl 등의 가스를 회수하여 재이용하는 것도 가능하다.
또한, 반응실(11)을 유지 보수할 때, 반응실(11)의 벽면 등에 퇴적된 오일리 실란은, 대기 개방시에 거의 SiO2가 되어 고화하지만, 보다 안전성을 향상시키기 위해서, 미리 O2 가스를 흐르게 하여 SiO2로 한 후에, 대기 개방하는 것이 바람직하다. 고화한 SiO2는, 다른 퇴적물(반응 부생성물)과 함께 제거된다.
본 실시형태에 따르면, 반응실 외에 오일리 실란을 모아두는 드레인을 설치하고, 반응실과 분리하여 처리함으로써, 스루풋을 저하시키지 않고, 오일리 실란의 안전한 제어가 가능해진다.
(실시형태 2)
본 실시형태에 있어서, 실시형태 1과 에피택셜 성막 장치의 구성은 동일하지만, 배기를 횡방향으로 함으로써, 오일리 실란 받이를 설치하지 않고, 오일리 실란을 직접 드레인에 도입하는 점에서 실시형태 1과 상이하다.
도 3에, 본 실시형태의 반도체 제조 장치인 에피택셜 성막 장치의 단면도를 도시한다. 실시형태 1과 동일한 구성이지만, 반응실(21)의 아래쪽 벽면에, 가스 배출 기구(23)와 배관 접속된 가스 배출구(23a)가 배치되고, 반응실(21)의 바닥면에는 오일리 실란 배출구(24a)가 설치되어, 밸브(24b)를 통해 오일리 실란을 도입하기 위한 드레인(24c)과 접속되어 있다.
또한, 오일리 실란 배출구(24a)와 밸브(24b)를 접속하는 배관의 각각의 접속부, 가스 배출구(24a)는, 오일리 실란이 모이지 않도록 테이퍼진 것이 바람직하다.
이와 같이 구성되는 에피택셜 성막 장치를 이용하여 실시형태 1과 마찬가지로, 예컨대 Φ 200 ㎜의 Si 웨이퍼(w) 상에, Si 에피택셜막이 형성된다. 그리고, 실시형태 1과 마찬가지로, 성막시에 생성되고, 퇴적된 오일리 실란은, 오일리 실란 배출구(24a), 밸브(24b)를 통해 드레인(24c)에 모인 후, 실시형태 1과 동일하게 처리되고, 동일하게 유지 보수가 행해진다.
본 실시형태에 따르면, 실시형태 1과 마찬가지로, 반응실 밖에 오일리 실란을 모아두는 드레인을 설치하고, 반응실과 분리하여 처리함으로써, 스루풋을 저하시키지 않고, 오일리 실란의 안전한 제거가 가능해진다.
이들 실시형태에 따르면, 반도체 웨이퍼에 에피택셜막 등의 고품질의 막을 형성하는 반도체 제조 장치에 있어서, 안전하게 유지 보수를 행할 수 있게 된다. 또한, 안전성을 향상시켜도, 스루풋을 저하시키는 일이 없기 때문에, 반도체 웨이퍼나, 소자 형성 공정 및 소자 분리 공정을 거쳐 형성되는 반도체 장치에 있어서, 높은 생산성을 얻을 수 있게 된다.
특히, N형 베이스 영역, P형 베이스 영역이나, 절연 분리 영역 등에, 40 ㎛ 이상의 후막(厚膜) 성장이 필요한, 파워 MOSFET나 IGBT 등의 파워 반도체 장치를 형성하기 위한 에피택셜 성막 장치로서, 적합하게 이용할 수 있다.
또한, 이들 실시형태에 있어서는, Si 단결정층(에피택셜막) 형성의 경우를 설명하였지만, 본 실시형태는, 폴리 Si층 형성시에도 적용할 수 있다. 또한, 예컨대 SiO2막이나 Si3N4막 등과 같이 Si막 이외의 성막이나, 예컨대 GaAs층, GaAlAs나 InGaAs 등의 화합물 반도체 등에도 적용할 수 있다.
기타 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 변형하여 실시할 수 있다.
11, 21 : 반응실
12 : 가스 공급 기구
12a : 가스 공급구
13, 23 : 가스 배출 기구
13a, 23a : 가스 배출구
14a : 오일리 실란 받이
14b, 24b : 밸브
14c, 24c : 드레인
15 : 정류판
16 : 서셉터
17 : 링
18 : 회전 구동 제어 기구
19 : 히터
24a : 오일리 실란 배출구

Claims (5)

  1. 웨이퍼가 도입되는 반응실과,
    상기 반응실에 프로세스 가스를 공급하는 프로세스 가스 공급 기구와,
    상기 웨이퍼를 배치하는 웨이퍼 지지 부재와,
    상기 웨이퍼를 정해진 온도로 가열하기 위한 히터와,
    상기 웨이퍼를 회전시키기 위한 회전 구동 제어 기구와,
    상기 반응실로부터 가스를 배출하는 배기구를 포함하는 가스 배출 기구와,
    상기 반응실의 하부에 설치되는 오일리 실란을 도입하기 위한 드레인
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배기구는, 상기 반응실의 바닥면에 배치되고, 상기 배기구의 외주부 아래쪽에, 상기 드레인에 상기 오일리 실란을 도입하기 위한 도입 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 배기구는, 상기 반응실의 아래쪽 측면에 배치되고, 상기 드레인은, 상기 반응실의 바닥면에 접속되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  4. 반응실 내에 웨이퍼를 도입하고,
    상기 웨이퍼를 정해진 온도로 가열하며,
    상기 웨이퍼를 회전시켜, 상기 웨이퍼 상에 Si 소스 가스를 포함하는 프로세스 가스를 공급함으로써, 상기 웨이퍼 상에 성막하고,
    잉여의 프로세스 가스를 배출하고, 오일리 실란을 드레인에 도입하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 오일리 실란이 도입된 상기 드레인을, 상기 반응실과 분리한 후, 상기 오일리 실란을 처리하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
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