KR20140091811A - 에피택셜 성장 성장치의 서셉터 - Google Patents

Abstract

본 실시예의 서셉터는, 에피택셜 성장 장치에 사용되는 서셉터로서, 웨이퍼가 수용되는 상부면; 상기 포켓의 반대측에 위치하는 바닥면; 및 상기 바닥면과 상부면을 관통하는 적어도 하나 이상의 관통홀;을 포함하고, 상기 관통홀의 입구 영역에 위치하는 서셉터는 기설정된 곡률반경으로 라운딩 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

에피택셜 성장 성장치의 서셉터{Susceptor for epitaxial growing apparatus and method}

본 발명은 에피택셜 성장 장치의 일 구성요소인 서셉터에 대한 것으로서,특히, 흑연으로 이루어진 서셉터에 탄화규소(SiC)를 피복하는 방법에 대한 것이다.

최근, 실리콘 웨이퍼의 표면상에 에피택셜막이 형성된 에피택셜 웨이퍼는 MOS소자용의 실리콘 웨이퍼로서 널리 사용되고 있다. 이들 에피택셜 웨이퍼는 MOS소자의 게이트 산화막에 대한 수율을 향상시키고, 기생용량(parasitic capacitance)의 감소, 소프트 오류(soft error)의 방지, 향상된 게터링 성능(gettering perfomance), 및 향상된 기계적 강도 등의 우수한 특성을 가진다.

이러한 에피택셜 웨이퍼 구조의 경우, 복수의 실리콘 웨이퍼상에 에피택셜 성장 처리를 동시에 수행하기 위해 실시되는 종래의 일괄법(batch method)에서는, 대구경 실리콘 웨이퍼와의 호환성을 유지하기가 어려워져 단일 웨이퍼 처리 에피택셜 성장 장치를 주로 채용해왔다. 최근에는, 직경이 300㎜ 이상인 웨이퍼상에 에피택셜 성장처리를 수행할 수 있는 대구경 웨이퍼용의 에피택셜 성장 장치가 개발되어 왔다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 종래의 에피택셜 성장용 서셉터 및 에피택셜 성장방법을 설명하여 본다.

도 1은 종래의 에피택셜 성장 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2와 도 3은 종래의 에피택셜 성장용 서셉터를 개략적으로 나타내는 평면도이다.

도 1 내지 도 3 에에 도시된 바와 같이, 에피택셜 성장 장치(1)는 에피택셜막 형성실(2)을 내부에 포함하고, 막 형성실(2)은 상부 돔(dome)(3), 하부 돔(4), 및 돔 피팅(domefitting)(5)을 갖추고 있다. 상부 돔(3)과 하부 돔(4)은 석영 등의 투명 재료로 만들어지고, 서셉터(10) 및 실리콘 웨이퍼(W)는 장치(1)의 위아래에 배치된 복수의 할로겐 램프(6)에 의해 가열된다.

그리고, 서셉터(10)의 하부면의 외측 부분이 서셉터 회전축(7)에 연동된 지지아암(8)과 맞물려 서셉터(10)가 회전된다. 서셉터(10)는 SiC막이 표면상에 피복된 탄소계 재료이며, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 원반 형상이며 실리콘 웨이퍼(W)의 배면 전체를 지지한다.

이러한 서셉터(10)는 실리콘 웨이퍼(W)를 수용하는 포켓(10a)(웨이퍼 안착면)을 포함하고, 실질적으로 원형인 바닥벽과 이 바닥벽을 둘러싸는 측벽을 포함한다. 그리고, 서셉터(10)의 외측 둘레에는 총 3개의 관통구멍(10b)이 120°의 간격으로 형성되어 있으며, 각각의 관통구멍(10b)에는 실리콘 웨이퍼(W)를 승강시키는 승강핀(9)이 출입하게 된다.

상기 승강핀(9)의 출입은 리프트 아암(11)에 의해 지지되면서 수행된다.

그리고, 서셉터(10)를 면하고 있는 돔 피팅(5)의 위치에는 가스 공급개구(12)와 가스배출개구(13)가 서로 마주보도록 위치하고 있다. SiHCl₃ 등의 원료가스를 수소가스(운반가스)로 희석함으로써 형성되고 극소량의 도펀트와 혼합된 반응 가스가 실리콘 웨이퍼(W)의 표면과 평행하게(수평 방향으로) 흐르도록 가스 공급개구(12)로부터 공급된다. 공급된 반응 가스는 실리콘 웨이퍼(W)의 표면 위를 통과하여 에피택셜막 성장을 야기한 뒤 가스배출개구(13)에 의해 장치(1)의 외부로 배출된다.

한편, 에피택셜 성장 장치에서 서셉터는 에피택셜 공정에서 사용되는 웨이퍼 처리용 부재로서, 유도 가열을 위하여 흑연으로 이루어지고 있으며, 또한 흑연으로부터 Si 웨이퍼로의 불순물 확산을 막고, 실리콘을 에칭시키는데 사용되는 HCl 등의 화합물로부터 부식에 견디기 위하여, 탄화규소의 피복을 이용하고 있다.

그러나, 도 4에 도시된 바와 같이, 고온의 에피택셜 성장 장치에서 서셉터에 형성된 홀의 위치와 대응되는 위치의 웨이퍼 후면에 핏(pit) 현상이 발생하고 있으며, 이것은 흑연에 탄화규소를 고온에서 코팅하는 경우에 재질의 열팽창 계수의 차이로 인하여 스트레스가 발생하고, 이러한 스트레스가 웨이퍼 측으로 가해지기 때문이다.

도 5는 종래의 서셉터를 이용하여 에피택셜 성장시키는 경우에 서셉터 홀에 대응되는 위치에 웨이퍼에 스트레스가 강하게 분포되고 있음을 보여주는 사진이다. 도 5의 사진에서 보듯이, 서셉터에 형성된 홀에 대응되는 위치의 웨이퍼에 강한 스트레스가 발생하고 있다.

즉, 흑연으로 이루어진 서셉터와, 흑연에 코팅(피복)되는 탄화규소와의 재질 특성 차이로 인하여 특히 서셉터에 형성되는 홀 주위의 스트레스가 강하게 발생하고, 이것은 결국 에피택셜 성장시키고자 하는 웨이퍼에 전달되어, 웨이퍼의 품질 저하를 유발시킬 수 있다.

본 발명의 실시예는 흑연의 서셉터와, 탄화규소간의 재질 차이로 인하여 발생하는 스트레스를 감소시키기 위한 것으로서, 특히, 서셉터에 형성하고자 하는 홀의 에지 영역에 라운딩 영역을 구성시킴으로써, 고온으로 인한 홀 영역 주위의 스트레스를 감소시킬 수 있는 장치에 대해서 제안한다.

즉, 본 실시예는 흑연의 서셉터에 탄화규소를 코팅하기 이전에, 서셉터에 형성할 홀의 에지 영역을 라운딩 처리함으로써, 흑연과 탄화규소간의 열적 특정 차이에 의한 열변형을 방지하는 장치에 대해서 제안한다.

본 실시예의 서셉터는, 에피택셜 성장 장치에 사용되는 서셉터로서, 웨이퍼가 수용되는 상부면; 상기 포켓의 반대측에 위치하는 바닥면; 및 상기 바닥면과 상부면을 관통하는 적어도 하나 이상의 관통홀;을 포함하고, 상기 관통홀의 입구 영역에 위치하는 서셉터는 기설정된 곡률반경으로 라운딩 형성되는 것을 특징으로 한다.

제안되는 바와 같은 서셉터의 홀 구조에 의해서, 흑연과 탄화규소 사이의 상이한 열적 특성을 완화시킬 수 있으며, 이것은 결국 서셉터의 기능 및 품질 유지를 도모할 수 있게 한다.

도 1은 종래의 에피택셜 성장 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2와 도 3은 종래의 에피택셜 성장용 서셉터를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 4는 종래의 서셉터를 이용하여 에피택셜 성장시키는 경우에 서셉터의 홀에 대응되는 위치의 웨이퍼에 핏 결함이 발생하는 모습을 보여주는 사진이다.
도 5는 종래의 서셉터를 이용하여 에피택셜 성장시키는 경우에 서셉터 홀에 대응되는 위치에 웨이퍼에 스트레스가 강하게 분포되고 있음을 보여주는 사진이다.
도 6a와 도 6b는 서셉터에 수직 상방으로 관통하는 홀을 형성한 다음 SiC 코팅층을 형성하는 때에 발생하는 문제를 설명하기 위한 사진이다.
도 7 내지 도 9은 본 발명의 실시예들에 따른 서셉터 홀 구조에 대해서 도시한 도면이다.

이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.

본 발명의 기술적 사상을 구체화한 실시예에 대해서는 도 7 내지 도 9를 참조하여 상세하게 살펴보기로 하며, 이에 앞서, 종래와 같이 서셉터의 포켓과 포켓 반대측의 바닥면을 수직 관통하는 홀을 형성하여 두고, 이 상태에서 탄화규소 코팅을 수행하는 때에 발생하는 현상에 대해서 간략히 살펴본다.

도 6a와 도 6b는 서셉터에 수직 상방으로 관통하는 홀을 형성한 다음 SiC 코팅층을 형성하는 때에 발생하는 문제를 설명하기 위한 사진이다.

흑연으로 이루어진 서셉터와, 서셉터에 탄화규소(SiC) 코팅을 하는 이유에 대해서는 앞서 언급한 바와 같으며, 서셉터의 수직 상방으로 관통하는 홀을 형성하여 두고, 탄화규소를 코팅하게되면, 홀 입구 부분에서 탄화규소 코팅층이 서셉터(모재)의 중앙부위 보다 더 높게 코팅된다.

예를 들어, 홀 입구 주위에 탄화규소 코팅층이 50~200㎛정도로 피복되며, 이것은 서셉터 중심부 영역에 코팅된 탄화규소의 두께보다 상당히 두꺼운 정도의 것이다. 이러한 불균일한 탄화규소의 코팅은, 결국 모재인 흑연과의 열적 특성 차이를 더욱 가속화시키며, 결국은 웨이퍼의 후면의 핏과 같은 불량을 야기할 수 있다.

또한, 도 6b에 도시된 도면부호 6B은, 홀 부위에 탄화규소의 두꺼운 코팅으로 인하여, 핏이 유발될 수 있는 부분을 가리킨다.

정리하여 보면, 에피택셜 성장 장치에 사용하기 위한 서셉터는 흑연으로 이루어지고, 이러한 서셉터가 에피택셜 성장 공정에서 사용되기 위해서는 탄화규소의 코팅이 이루어져야 하는데, 서셉터에 형성하여야 하는 홀 주위에 불균일한 코팅이 이루어지고, 이로 인하여 결국 서셉터의 품질 저하를 야기하게 된다.

본 발명은 서셉터에 형성하여야 하는 홀 주위에 탄화규소의 코팅이 서셉터 중심부와 비교하여 균일해지도록 하는 기술적 사상이 기초한 것으로서, 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같은 홀을 형성함으로써, 이와 같은 목표는 달성될 수 있다.

도 7 내지 도 9은 본 발명의 실시예들에 따른 서셉터 홀 구조에 대해서 도시한 도면이다.

다만, 이하의 설명에서는, 서셉터에 형성되는 홀은 웨이퍼를 지지하기 위하여 출입이 필요한 지지핀 승강홀이 될 수 있고, 웨이퍼 배면으로부터의 도펀트 방출을 위한 관통홀도 될 수 있으므로, 서셉터에 형성되는 다양한 홀들에 대해서 적용될 수 있음을 미리 밝혀둔다.

참고로, 지지핀 승강홀은 서셉터에 3개 정도 형성되며, 웨이퍼 로딩시 웨이퍼를 지지하기 위하여 서셉터 하측에서부터 상측으로 승강되며, 도펀트 방출을 위한 관통홀은 웨이퍼의 표면의 외주에서 성장하는 에피택셜막의 감소를 방지하고, 바닥벽의 외주에서 발생하는 실리콘 웨이퍼의 배면으로부터의 도펀트 방출을 위한 것이다.

이러한 도펀트 방출을 위한 관통홀은, 서셉터 바닥부에서 수직하게 관통하거나, 도펀트의 방출을 신속하게 도모하기 위하여 기설정된 각도로 기울어지도록 관통하는 것을 포함한다.

도 7을 참조하면, 제 1 실시예의 서셉터 홀은, 먼저 서셉터(10)의 바닥부와 수직하게 관통하는 홀(10b, 10c)을 형성한 다음, 상기 홀(10b, 10c)의 입구 영역의 사이즈를 넓히기 위한 라운딩(Fillet) 공정이 수행된다.

즉, 서셉터(10)의 바닥부에서 수직하게 관통하는 홀을 형성한 다음, 상기 홀의 입구에 위치한 서셉터(10)의 에지 영역에 대해서 라운딩 처리가 이루어진다.

이때, 형성된 홀 입구 영역의 라운딩 처리는, 그 곡률반경이 0.4mm 이상이 되도록 하며, 이것은 홀 에지 영역과 웨이퍼 후면간의 국부적인 접촉을 방지하고, 모재인 흑연과 코팅물질인 탄화규소 간의 열적 특성 차이에 의한 열변형을 방지하기 위한 형상이다. 이러한 홀 입구 영역에서의 서셉터 라운딩 처리로 인하여, 추후 코팅되는 탄화규소가 서셉터 표면에 고르게 피복될 수 있으며, 이것은 서셉터 내 스트레스 완화에 따른 파손을 방지하고, 스트레스 완화에 따른 코팅층의 크랙을 방지할 수도 있다.

한편, 상기 서셉터에 형성되는 홀의 반경이 0.5mm 이상인 때에 이러한 홀 주위의 라운딩 처리 공정이 수행되는 것이 바람직하다. 서셉터에 형성되는 홀의 반경이 0.5mm보다 작은 경우에는, 홀 내부에서의 탄화규소 코팅이 어렵게 되며, 또한 홀 영역의 서셉터 라운딩 처리 공정 역시 어려워지기 때문이다.

도 7에서와 같이 서셉터에 형성되는 홀이 수직하게 관통되는 경우에는, 서셉터 상부면과, 하부면에서 홀에 인접한 부위를 각각 처리하며, 또한, 도 8에서와 같이, 서셉터에 기설정된 각도로 경사진 홀이 형성되는 경우에도, 홀 형성 후 홀 입구 영역의 서셉터 에지 영역을 라운딩처리하는데, 이 역시 그 곡률반경이 0.4mm 이상이 되도록 한다.

한편, 도 9에서와 같이, 서셉터에 형성되는 홀이 서로 다른 반경을 갖는 홀들로 이루어지는 경우에도 본 발명의 사상이 적용될 수 있다. 예를 들어, 제 1 반경을 갖는 제 1 홀(101)과, 상기 제 1 반경과는 다른 제 2 반경을 갖는 제 2 홀(102)이 연속하여 형성되는 경우에, 상기 제 1 홀(101)의 에지 영역과, 제 2 홀(102)의 에지 영역 각각에 라운딩 처리가 수행될 수 있다.

도 9에서는 라운딩처리된 곡률반경이 2mm 이상인 것에 대한 도면 표시가 제 1 홀(101)의 에지 영역에 대해서만 도시되어 있지만, 도면에서와 같이 제 2 홀(102)의 에지 영역에 대해서도 라운딩처리되며, 이들 라운딩 처리때 그 곡률반경은 0.4mm 이상이 되도록 한다.

서셉터에 적어도 하나 이상의 홀을 형성하는 때에, 실시예와 같은 방법으로 홀의 에지 영역에 위치한 서셉터를 라운딩 처리함으로써, 홀의 출입구 사이즈가 증가되는 효과를 가져오며, 이것은 추후 코팅되는 탄화규소가 고르게 피복되도록 하는 효과를 가져온다.

이와 같은 방법으로, 서셉터에 코팅된 탄화규소와 흑연사이의 열적 특성 차이를 완화시킬 수 있어, 서셉터 품질 향상을 도모할 수 있는 장점이 있다.

Claims (1)

1. 에피택셜 성장 장치에 사용되는 서셉터로서,
   웨이퍼가 수용되는 상부면;
   상기 포켓의 반대측에 위치하는 바닥면; 및
   상기 바닥면과 상부면을 관통하는 적어도 하나 이상의 관통홀;을 포함하고,
   상기 관통홀의 입구 영역에 위치하는 서셉터는 기설정된 곡률반경으로 라운딩 형성되는 것을 특징으로 하는 서셉터.

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