KR20130072958A - 탄화규소 증착 장치 및 탄화규소 증착 방법 - Google Patents

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KR20130072958A
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Abstract

실시예에 따른 탄화규소 증착 장치는 챔버; 및 상기 챔버의 상부에 위치하는 서셉터를 포함하고, 상기 서셉터 상에는 진공을 형성할 수 있는 하나 또는 복수의 진공 구멍 및 상기 진공 구멍과 연통되는 진공 라인을 포함한다.
실시예에 따른 탄화규소 증착 방법은 상기 챔버 내의 상부에 위치하는 웨이퍼 홀더에 웨이퍼를 흡착하는 단계; 상기 챔버 내에 반응 기체를 공급하는 단계; 상기 반응 기체가 상기 챔버의 하부에서 상기 챔버의 상부 방향으로 이동하는 단계; 상기 웨이퍼 홀더가 회전하는 단계; 및 상기 반응 기체와 상기 웨이퍼가 반응하는 단계를 포함한다.

Description

탄화규소 증착 장치 및 탄화규소 증착 방법{APPARATUS FOR DEPOSITION OF SILICON CARBIDE AND METHOD FOR DEPOSITION OF SILICON CARBIDE}
실시예에는 탄화규소 증착 장치 및 탄화규소 증착 방법에 관한 것이다.
일반적으로 기판 또는 웨이퍼(wafer)상에 다양한 박막을 형성하는 기술 중에 화학 기상 증착 방법(Chemical Vapor Deposition; CVD)이 많이 사용되고 있다. 화학 기상 증착 방법은 화학 반응을 수반하는 증착 기술로, 소스 물질의 화학 반응을 이용하여 웨이퍼 표면상에 반도체 박막이나 절연막 등을 형성한다.
이러한 화학 기상 증착 방법 및 증착 장치는 최근 반도체 소자의 미세화와 고효율, 고출력 LED 개발 등으로 박막 형성 기술 중 매우 중요한 기술로 주목 받고 있다. 현재 웨이퍼 상에 규소 막, 산화물 막, 질화규소 막 또는 산질화규소 막, 텅스텐 막 등과 같은 다양한 박막들을 증착하기 위해 이용되고 있다.
일례로, 기판 또는 웨이퍼 상에 탄화규소 박막을 증착하기 위해서는 상기 웨이퍼 또는 기판과 반응하여 탄화규소 박막 층을 형성하는 반응 가스가 반응로 내로 투입되어야 한다.
이때, 상기 반응로 내에는 서셉터가 위치하고, 상기 서셉터 상에 상기 위에퍼가 배치된 후, 상기 웨이퍼 상에 탄화규소 박막이 형성되는데, 박막 증착 공정 중에 상기 웨이퍼의 위쪽에서 떨어지는 입자들 및 다운풀(downfall)로 인해 탄화규소 박막이 오염될 수 있고, 탄화규소 에피 웨이퍼에 있어서, 여러가지 결함의 원인이 될 수 있는 문제점이 있다.
이에 따라, 상기 웨이퍼 또는 기판 상에 탄화규소 박막을 형성할 때 이러한 오염 또는 결함을 방지할 수 있는 탄화규소 증착 장치 및 탄화규소 증착 방법에 대한 필요성이 요구된다.
실시예는 챔버의 상부에 서셉터를 위치시킨 후, 진공을 이용하여 상기 서셉터 상에 웨이퍼를 밀착시킨다. 또한, 상기 챔버의 하부에서 상부 방향으로 반응 가스를 투입하여 상기 웨이퍼 상에 탄화규소 증착 공정시 입자 또는 다운풀에 의한 오염을 방지할 수 있는, 탄화규소 증착 장치 및 탄화규소 증착 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 탄화규소 증착 장치는 챔버; 및 상기 챔버의 상부에 위치하는 서셉터를 포함하고, 상기 서셉터 상에는 진공을 형성할 수 있는 진공 구멍 및 상기 진공 구멍과 연통되는 진공 라인을 포함한다.
실시예에 따른 탄화규소 증착 방법은 상기 챔버 내의 상부에 위치하는 웨이퍼 홀더에 웨이퍼를 흡착하는 단계; 상기 챔버 내에 반응 기체를 공급하는 단계; 상기 반응 기체가 상기 챔버의 하부에서 상기 챔버의 상부 방향으로 이동하는 단계; 상기 웨이퍼 홀더가 회전하는 단계; 및 상기 반응 기체와 상기 웨이퍼가 반응하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 탄화규소 증착 장치는, 상기 웨이퍼(W)가 상기 챔버(10)의 상부에 고정되는 서셉터(30)의 하면에 진공을 이용하여 고정될 수 있다. 또한, 상기 반응 가스 공급 라인(30)은 상기 챔버(10)의 하부면과 연결되고, 상기 반응 가스 공급 라인(30)을 통해 상기 챔버(10) 내로 공급되는 상기 챔버(10)의 하부에서 상부로 이동된다. 즉, 상기 챔버(10)의 외주면을 감싸는 유도코일에 의해 상기 챔버(10)가 가열되고, 상기 챔버(10) 내부로 공급되는 상기 반응 가스는 이온화되어 중간 화합물을 형성하며, 상기 중간 화합물은 상기 챔버(10)의 하부에서 상부 방향으로 이동된다.
이에 따라, 상기 웨이퍼(W)는 상기 웨이퍼(W)의 하면에서 탄화규소 박막 증착이 이루어지게 된다. 따라서, 상기 탄화규소 증착 공정시 챔버의 상부에서 떨어지는 각종 반응 가스의 입자들에 의한 박막 층의 오염 및 결함을 방지할 수 있어,실시예에 따른 탄화규소 증착 장치는 고품질의 균일도가 우수한 탄화규소 에피 웨이퍼를 제조할 수 있다.
실시예에 따른 탄화규소 증착 방법은 상기 반응 가스를 챔버의 하부에서 상부로 공급하여 상기 챔버의 상부에 위치하는 상기 서셉터에 의해 고정된 상기 웨이퍼의 하면에 탄화규소 박막을 증착할 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 탄화규소 증착 방법은 상기 웨이퍼의 상부면에 탄화규소 박막 증착시, 반응 가스의 입자 및 불순물에 의한 탄화규소 박막의 오염을 방지할 수 있어 고품질의 탄화규소 에피 박막을 증착할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 탄화규소 증착 장치의 개략도를 도시한 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 탄화규소 증착 장치의 단면도 및 반응 가스의 흐름을 도시한 도면이다.
도 3은 실시예에 따른 서셉터를 도시한 사시도이다.
도 4는 실시예에 따른 탄화규소 증착 방법의 공정 흐름도를 도시한 도면이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 실시예에 따른 탄화규소 증착 장치의 개략도를 도시한 도면이고, 도 2는 실시예에 따른 탄화규소 증착 장치의 단면도 및 반응 가스의 흐름을 도시한 도면이며, 도 3은 실시예에 따른 서셉터를 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 탄화규소 증착 장치는 챔버(10), 캡핑부(20), 서셉터(30), 고정 부재(40), 반응 기체 공급 라인(50), 반응 기체 공급부(60), 진공 라인(70) 및 진공 펌프(80)를 포함한다.
상기 챔버(10)는 웨이퍼(W) 상에 박막을 형성하기 위한 공정이 이루어진다.
상기 챔버(10)는 원통형 튜브 형상을 가질 수 있다. 이와는 다르게, 상기 챔버(10)는 사각 박스 형상을 가질 수 있다. 상기 챔버(10)의 상부에는 상기 챔버(10)를 밀폐하는 캡핑부(20)를 포함한다. 상기 챔버(10)는 상기 서셉터(30)를 수용하고, 상기 반응 기체 공급 라인(30)과 연결될 수 있다.
또한, 상기 챔버(10)의 양 끝단들은 밀폐되고, 상기 챔버(10)는 외부의 기체유입을 막고 진공도를 유지할 수 있다. 상기 챔버(10)는 기계적 강도가 높고, 화학적 내구성이 우수한 석영(quartz)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 챔버(10)는 향상된 내열성을 가진다.
또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 챔버(10) 내에 단열부가 더 구비될 수 있다. 상기 단열부는 상기 챔버(10) 내의 열을 보존하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 단열부로 사용되는 물질의 예로서는 질화물 세라믹, 탄화물 세라믹 또는 흑연 등을 들 수 있다.
상기 서셉터(30)는 상기 챔버(10) 내에 배치된다. 바람직하게는, 상기 서셉터(30)는 상기 챔버(10)의 상부에 위치할 수 있다. 상기 서셉터(30)는 상기 챔버(10)의 캡핑부(20)와 상기 서셉터(30)를 고정해주는 고정 부재(40)에 의해 고정될 수 있다.
상기 서셉터(30) 상에는 진공 구멍(31)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 서셉터(30)에는 진공 라인(70)이 연결될 수 있다. 즉, 상기 서셉터(30)의 하부면에는 진공 구멍(31)이 존재하고, 상기 서셉터(30)의 측면 또는 상부면에는 상기 진공 라인(70)이 연결될 수 있다. 도 3에는 하나의 진공 구멍이 존재하는 서셉터가 도시되어 있으나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 서셉터는 복수 개의 진공 구멍을 포함할 수 있다.
상기 웨이퍼(W)는 상기 서셉터(30)와 밀착되어 고정될 수 있다. 즉, 상기 서셉터(30)의 하부면과 밀착되어 고정될 수 있다. 상기 웨이퍼(W)가 상기 서셉터(30)의 하부면에 놓여지면, 상기 챔버(10) 외부에 위치하는 진공 펌프(80) 시스템에 의해 상기 진공 라인(70)의 내부 및 상기 진공 라인(70)과 연통된 상기 서셉터(30)의 내부에 진공이 형성되고, 상기 웨이퍼(W)는 상기 서셉터(30)의 하부에 흡착되어 고정될 수 있다. 도 1 및 도 2에는 하나의 웨이퍼가 서셉터에 고정되는 것이 도시되어 있으나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 서셉터 상에 복수의 진공 구멍이 형성되고, 복수의 웨이퍼가 상기 서셉터에 고정될 수 있다.
이에 따라, 상기 웨이퍼(W)는 진공을 이용하여 상기 챔버(10)의 상부에 고정된 상기 서셉터(30)에 고정될 수 있다. 즉, 상기 웨이퍼의 상부면이 상기 서셉터(30)에 고정되고, 상기 탄화규소 박막이 증착되는 부분은 상기 웨이퍼(W)의 하부면이 될 수 있다.
상기 반응 가스 공급 라인(50)은 상기 챔버(10)에 연결될 수 있다. 바람직하게는, 상기 반응 가스 공급 라인(50)은 상기 챔버(10)의 하부와 연결될 수 있다. 상기 반응 가스 공급 라인(50)은 상기 반응 가스 공급부(60)와 연결되어 상기 챔버(10) 내로 상기 반응 가스를 공급한다. 이에 따라, 상기 반응 가스 공급 라인(50)을 통해 상기 챔버(10)의 내부로 공급되는 상기 반응 가스는 상기 챔버(10)의 하부에서 상기 챔버(10)의 상부 방향으로 이동되어 상기 서셉터(30)에 고정된 상기 웨이퍼(W)와 반응할 수 있다.
상기 반응 가스는 탄소 및 규소를 포함할 수 있다. 일례로 상기 반응 가스는, 실란(SiH4) 및 에틸렌(C2H4)이거나, 실란 및 프로판(C3H8)일 수 있다. 이러한 반응 가스는 상기 챔버(10) 내로 공급되어 상기 챔버(10)의 상부로 이동하고 상기 웨이퍼(W)와 반응하여 상기 웨이퍼(W) 상에 탄화규소 박막을 증착할 수 있다.
일례로, 상기 챔버(10)의 외부에는 상기 챔버(10)를 가열하는 가열 부재가 위치할 수 있다. 바람직하게, 상기 가열 부재는 유도 코일을 포함할 수 있다. 상기 유도 코일은 상기 챔버(10)의 외주면을 감쌀 수 있다. 상기 유도 코일에 의해 상기 챔버(10)는 상기 탄화규소 박막 성장 온도인 1500℃ 내지 1900℃의 온도까지 올라갈 수 있다.
상기 유도 코일에 의해 상기 챔버(10)를 가열하게 되면, 상기 챔버(10) 내로 공급되는 상기 탄소 및 규소를 포함하는 반응 가스는 이온화되어 중간 화합물을 형성할 수 있다. 바람직하게, 상기 중간 화합물은 CH2·, CH3· SiH2· 또는 SiH3· 등을 포함할 수 있다. 이러한, 상기 중간 화합물은 상기 서셉터(30)에 고정되는 상기 웨이퍼(W)와 반응하고, 상기 웨이퍼(W) 상에는 탄화규소 박막이 증착될 수 있다.
실시예에 따른 탄화규소 증착 장치는, 상기 웨이퍼(W)가 상기 챔버(10)의 상부에 고정되는 서셉터(30)의 하면에 진공을 이용하여 고정될 수 있다. 또한, 상기 반응 가스 공급 라인(50)은 상기 챔버(10)의 하부면과 연결되고, 상기 반응 가스 공급 라인(50)을 통해 상기 챔버(10) 내로 공급되는 상기 챔버(10)의 하부에서 상부로 이동된다. 즉, 상기 챔버(10)의 외주면을 감싸는 유도코일에 의해 상기 챔버(10)가 가열되고, 상기 챔버(10) 내부로 공급되는 상기 반응 가스는 이온화되어 중간 화합물을 형성하며, 상기 중간 화합물은 상기 챔버(10)의 하부에서 상부 방향으로 이동된다.
이에 따라, 상기 웨이퍼(W)는 상기 웨이퍼(W)의 하면에서 탄화규소 박막 증착이 이루어지게 된다. 따라서, 상기 탄화규소 증착 공정시 챔버의 상부에서 떨어지는 각종 반응 가스의 입자들에 의한 박막 층의 오염 및 결함을 방지할 수 있어,실시예에 따른 탄화규소 증착 장치는 고품질의 균일도가 우수한 탄화규소 에피 웨이퍼를 제조할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여, 실시예에 따른 탄화규소 증착 방법을 상세히 설명한다. 명확하고 간략한 설명을 위하여 상기 탄화규소 증착 장치와 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 4를 참조하면, 실시예에 따른 탄화규소 증착 방법은, 상기 챔버 내의 상부에 위치하는 서셉터에 웨이퍼를 고정하는 단계(ST10); 상기 챔버 내에 반응 기체를 공급하는 단계(ST20); 상기 반응 기체가 상기 챔버의 하부에서 상기 챔버의 상부 방향으로 이동하는 단계(ST30); 상기 서셉터가 회전하는 단계(ST40); 및 상기 반응 기체와 상기 웨이퍼가 반응하는 단계(ST50)를 포함한다.
상기 챔버 내의 상부에 위치하는 서셉터에 웨이퍼를 고정하는 단계(ST10)에서는 상기 웨이퍼(W)를 상기 서셉터(30)의 하부면에 흡착하여 고정할 수 있다. 상기 웨이퍼(W)는 상기 서셉터(30)의 하부면에 형성된 진공 구멍(31) 및 상기 서셉터(30)의 상부면에 형성된 진공 라인(70) 및 상기 챔버(10)의 외부에 위치하는 진공 펌프(80)에 의해 상기 서셉터(30) 내부에 진공을 형성하여 상기 서셉터(30)와 흡착하여 고정할 수 있다.
이어서, 상기 챔버 내에 반응 기체를 공급하는 단계(ST20) 및 상기 반응 기체가 상기 챔버의 하부에서 상기 챔버의 상부 방향으로 이동하는 단계(ST30)에서는, 상기 챔버(10) 내부로 반응 가스를 공급한다. 상기 반응 가스는 상기 챔버(10)의 하부에 연결된 상기 반응 가스 공급 라인(50)을 통해 상기 챔버(10) 내부로 공급될 수 있다.
상기 반응 가스는 탄소 및 규소를 포함할 수 있다. 일례로 상기 반응 가스는, 실란(SiH4) 및 에틸렌(C2H4)이거나, 실란 및 프로판(C3H8)일 수 있다.
상기 반응 가스는 상기 반응 가스 공급 라인(50)을 통해 상기 챔버(10)의 하부로 공급되고, 상기 챔버(10)의 하부에서 상부 방향으로 이동된다. 즉, 상기 반응 가스는 상기 챔버(10)의 하부로 공급되어 상기 서셉터(30)에 고정된 상기 웨이퍼(W)가 있는 방향으로 이동될 수 있다.
이어서, 상기 서셉터가 회전하는 단계(ST40)에서는 상기 챔버(10)의 상부에 고정된 서셉터(30)가 회전할 수 있다. 상기 서셉터(30)의 회전은 상기 서셉터(30)에 기계적인 힘을 가하여 회전시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 서셉터(30)에 고정된 웨이퍼(W)도 함께 회전할 수 있다. 상기 웨이퍼(W)의 회전으로 인해 상기 웨이퍼(W) 상에 균일하게 반응 가스를 공급할 수 있다.
상기 서셉터(30)는 10 rpm 내지 600 rpm의 속도로 회전할 수 있다. 상기 회전 속도가 10 rpm 미만이거나, 600 rpm을 초과하게 되면 상기 웨이퍼 상에 반응 가스가 균일하게 공급하지 않을 수 있다.
이어서, 상기 반응 기체와 상기 웨이퍼가 반응하는 단계(ST50)에서는, 상기 반응 기체와 상기 웨이퍼(W)가 반응하여 상기 웨이퍼(W) 상에 탄화규소 박막을 증착할 수 있다.
상기 챔버(10)는 상기 챔버(10)의 외주면을 감싸는 가열 부재 즉, 유도 코일에 의해 가열될 수 있다. 이에 따라, 상기 탄화규소 박막 증착의 성장 온도까지 온도가 올라갈 수 있고, 상기 챔버(10) 내에 공급된 탄소 및 규소를 포함하는 상기 반응가스는 이온화되어 중간화합물을 형성할 수 있다. 바람직하게, 상기 중간 화합물은 CH2·, CH3· SiH2· 또는 SiH3· 등을 포함할 수 있다. 이러한, 상기 중간 화합물이 상기 서셉터(30)에 고정되는 상기 웨이퍼(W)와 반응하여 상기 웨이퍼(W) 상에는 탄화규소 박막이 증착될 수 있다.
실시예에 따른 탄화규소 증착 방법은 상기 반응 가스를 챔버의 하부에서 상부로 공급하여 상기 챔버의 상부에 위치하는 상기 서셉터에 의해 고정된 상기 웨이퍼의 하면에 탄화규소 박막을 증착할 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 탄화규소 증착 방법은 상기 웨이퍼의 상부면에 탄화규소 박막 증착시, 반응 가스의 입자 및 불순물에 의한 탄화규소 박막의 오염을 방지할 수 있어 고품질의 탄화규소 에피 박막을 증착할 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 챔버; 및
    상기 챔버의 상부에 위치하는 서셉터를 포함하고,
    상기 서셉터 상에는 진공을 형성할 수 있는 하나 또는 복수의 진공 구멍 및 상기 진공 구멍과 연통되는 진공 라인을 포함하는 탄화규소 증착 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 서셉터는 10 rpm 내지 600 rpm의 속도로 회전되는 탄화규소 증착 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 챔버 내로 반응 기체를 공급하는 반응 기체 공급 라인을 더 포함하고,
    상기 반응 기체 공급 라인은 상기 챔버의 하부와 연결되는 탄화규소 증착 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 반응 기체는 탄소 및 규소를 포함하는 탄화규소 증착 장치.
  5. 챔버 내의 상부에 위치하는 서셉터에 웨이퍼를 고정하는 단계;
    상기 챔버 내에 반응 기체를 공급하는 단계;
    상기 반응 기체가 상기 챔버의 하부에서 상기 챔버의 상부 방향으로 이동하는 단계;
    상기 서셉터가 회전하는 단계; 및
    상기 반응 기체와 상기 웨이퍼가 반응하는 단계를 포함하는 탄화규소 증착 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 서셉터는 10 rpm 내지 600 rpm의 속도로 회전하는 탄화규소 증착 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 반응 기체는 규소 및 탄소를 포함하는 탄화규소 증착 방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 서셉터의 하부에는 하나 또는 복수의 진공 구멍을 포함하고,
    상기 웨이퍼는 상기 서셉터의 하부에 고정되는 탄화규소 증착 방법.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 반응 기체와 상기 웨이퍼가 반응하는 단계는,
    상기 반응 가스가 이온화되어 중간화합물을 형성하는 단계; 및
    상기 중간화합물이 상기 웨이퍼와 반응하는 단계를 포함하는 탄화규소 증착 방법.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 하면에 탄화규소 박막이 증착되는 탄화규소 증착 방법.
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