KR930000610B1 - 기상에피택셜 성장장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

기상에피택셜 성장장치

제1도는 본 발명에 따른 기상에피택셜 성장장치의 1실시예를 개략적으로 나타낸 구성설명도.

제2도는 제1도중의 수용기에 의한 웨이퍼 지지상태의 일례를 나타낸 단면도.

제3도는 및 제4도 각각 종래의 종형 로 및 실린더형 로를 사용한 기상에 피택셜 성장장치를 나타낸 구성설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,31,41 : 벨 쟈아(bell jar) 2,32,42 : 수용기(susceptor)

3 : 적외선 방사원 4,34 : 가열코일

5,33,43 : 웨이퍼 6,35 : 가스파이프

7,36 : 가스제어장치 8,37 : 가스배출구

44 : 적외선 램프

[산업상의 이용분야]

본 발명은 예컨대 VLSI(초대규모 집적회로)용 실리콘 웨이퍼에 기사야 성장층(氣相 epitaxial 成長層)을 형성하기 위한 기상에패택셜 성장장치에 관한 것으로, 특히 웨이퍼와 적외선 조사원의 배치관계에 따른 기상 성장장치에 관한 것이다.

[종래의 기술 및 그 문제점]

이와 같은 종류의 종래의 기상에피택셜 성장장치는, 웨이퍼 가열방식으로 분류하면 고주파 유도가열과 적외선가열 및 저항가열로 대별(大別)되고, 또 반응로(反應爐)의 형식으로 분류하면 종형(縱型)로와 시린더형로 및 모형(模形)로로 대별된다.

근래, VLSI의 발전에 따라 실리콘 에피택셜기판을 VLSI에 응용하는 것이 검토되고 있는 바, VLSI용 에피택셜 웨이퍼는 결정성이 좋아야 하는 것은 당연하고, 그 이외에도 반응로내에 퇴적되는 실리콘 부스러기 등과 같은 파티클(particle)의 문제나, 웨이퍼의 지름이 커짐에 따라 승온, 강온시에 발생하는 슬리프(slip)의 문제등 해결해야 할 문제점이 많다. 현재, 생산용으로 사용되고 있는 에피택셜성장로(반응로)는 주로 종형 로와 실린더형 로이다.

제3도는 상기한 종래의 종형 로를 나타낸 것으로, 이 종형 로는 석영제의 벨 쟈아(31 ; bell jar)의 내부에서 수평으로 설치된 수용기(32; susceptor)상에 웨이퍼 (33,...)의 경면(鏡面)이 상향으로 되도록 배치되고, 가열코일(34)을 이용한 고주파 가열방식에 의해 상기 웨이퍼(33,...)를 가열하도록 구성되어 있다. 제3도에서, 참조부호 35는 벨 쟈아(31)의 내부 중앙부에 설치된 가스파이프(35)로서, 이 가스파이프(35)는 외부의 가스제어장치(36)로부터 반응가스 등의 공급이 제어되고, 그 상단부의 노즐로부터 r다스를 유출하여 벨 쟈아(31)의 내부로 공급하는 것이다. 또, 참조부호 37은 벨 쟈아(31)의 아랫부분에 설치된 가스배출구이다.

이와 같은 종형 로에 있어서는, 고주파 가열방식을 사용하고 있기 때문에, 웨이퍼의 지름이 커짐에 따라 슬리프(slip)가 발생하기 쉽다. 이 슬리프의 방지대책으로서 적외선 강려방식과 고주파 가열방식을 병용하는 것도 검토되고 있지만, 6인치, 8인치의 지름이 큰 웨이퍼에 대해서는 슬리프방지가 곤란하다.

또한, 웨이퍼 경면이 윗쪽으로 향하고 있기 때문에, 로(爐)내의 실리콘 부스러기 등과 같은 파티클이 웨이퍼 경면에 부착되는 등의 문제가 있다.

제4도는 종래의 실린더형 로를 나타낸 것으로, 이 실린더형 로는 석영제의 벨 쟈아(41)의 내부에서 수직으로 설치된 수용기(42)상에 웨이퍼(43,...)가 수직으로 배치되고, 벨 쟈아(41)외부의 적외선 램프(44)를 이용한 적외선 가열방식에 의해 웨이퍼 (43,...)를 가열하도록 구성되어 있다.

이와 같은 실린더형 로에 있어서는, 적외선 가열방식을 사용하고 있기 때문에, 상기 종형 로에 비하여 슬리프가 발생하기 어려운 등 잇점이 많다. 그러나, 역시 6인치, 8인치의 지름이 큰 웨이퍼에서는 슬리프가 발생하는 등의 문제가 있다. 더욱이, 종형 로와 비교하여 에피택셜 성장층의 막두께 분포의 조성이 어렵다. 에피택셜공정에 있어서는, 슬리프 프리(slip-free) 및 불순물 프로파일의 정밀제어 등의 관점에서 저온화가 필요하지만, 상기 적외선 램프 가열방식에서는 석영제 벨 쟈아(41)를 통해서 적외선을 조사하기 때문에, 현재 저온성장가능한 SiH₄가스 또는 Si₂H₆가스 등의 원료가스(반응가스)를 사용하는 경우에는 벨 쟈아(41)의 내벽면에 실리콘이 퇴적되어(Walldeposi tion), 적외광 강도가 변화(저하)하여 가스온도가 저하된다고 하는 문제점이 있다.

[발명의 목적]

본 발명은 상기한 바와 같이 웨이퍼의 지름이 커짐에 따라 슬리프가 발생하기 쉽고, 저온성장가능한 원료 가스를 사용하는 경우에는 벨 쟈아의 내벽면에 실리콘이 퇴적되어(Wall deposition)악영향이 발생하게 되는 등의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 웨이퍼의 지름이 커지더라도 슬리프의 발생을 억제한 상태에서 에피택셜성장을 행할 수 있게 되어 고품질의 VLSI 기관용 웨이퍼를 실현할 수 있도록 된 상에피택셜성장장치를 제공함에 그 목적이 있다.

[발명의 구성]

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 기상에피택셜 성장장치는, 반응로내에서 실리콘 웨이퍼로부터 떨어진 위치에 적외선 방사원이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 것으로, 상기 적외선 방사원의 재료로서는 실리콘이 퇴적되더라도 적외선 방사강도가 거의 변화하지 않는 것[카본 그라파이트(corbon graphite)또는 이것을 SiC로 코팅한 것등]을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 웨이퍼의 경면을 하향으로 배치하는 것이 바람직하다.

[작용]

상기와 같이 구성된 본 발명은, 적외선을 가열원으로서 사용하고 있기 때문에 웨이퍼의 슬리프가 발생하기 어렵게 되고, 더욱이 반응로내에 적외선 방사원이 설치되어 있기 때문에, 저온성장가능한 SiH₄가스 또는 Si₂H₆가스 등을 원료가스로서 사용하는 경우에 웰 데포지션(Wall deposition)이 발생하더라도 적외관 강도의 변화가 생기지 않게 되어 저온화공정에 의한 슬리프 프리(Slip-free)가 가능하게 된다. 또, 웨이퍼 경면을 하향배치함으로써, 파티클의 원인으로 되는 실리콘 부스러기 등과 같은 미립자가 부착되는 비율이 감소되게 된다.

[실시예]

이하, 예시도면을 참조하여 본 발명에 다른 1실시예를 설명한다.

제1도에 나타낸 기상에피택셜 성장장치에 있어서, 참조부호 1은 석영제의 벨 쟈아(반응로)로서, 그 내부의 윗쪽에는 회전기구(도시생략)에 의해 회전운동이 가능한 원반형상의 수용기(2 : susceptor)가 배치되고, 아랫쪽에는 적외선 방사원(3)이 배치되며, 이 적외선 방사원(3)의 하부에는 가열코일(4)이 배치되어 있다. 상기 수용기(2)는 예컨대 제2도에 나타낸 바와 같이 실리콘 웨이퍼(5,...)의 경면이 하향으로 되도록 지지하고 있다.

여기서, 원반형상의 수용기(2)에는 실리콘 웨이퍼(5)의 직경보다 약간 큰 직경을 갖춘 오목부가 원반형상의 수용기(2)에 설치되어 있고, 이 오목부의 아래부분에는 실리콘 웨이퍼(5)의 직경보다 약간 작은 직경을 갖춘 개공(開孔)이 설치되어 있으며, 상기 실리콘 웨이퍼(5)는 상기 오목부의 아래부분에 경면을 개공측으로 향한 상태에서 설치되어 있다(제2도 참조). 이 결과, 실리콘 웨이퍼(5)는 떨어지지 않고서 경면을 하향으로 한 상태에서 수용기(2)에 설치할 수 있게 된다.

그리고, 에피택셜층을 균일하게 성장시키기 위해 기상에피택셜 성장장치의 운전시에는 수용기(2)의 중심에 설치된 가스파이프(6)를 회전측으로 하여 수용기 (2)를 회전시킨다. 그러나, 이 회전속도는 매분 10회전 정도의 저속이기 때문에 실리콘 웨이퍼(5)에 가해지는 원심력이 적어 수용기(2)의 회전에 의해 실리콘 웨이퍼 (5)가 비산하는 일은 없게 된다.

그리고, 벨 쟈아(1)의 내부의 중앙부, 즉 수용기(2)의 중심에 설치된 가스파이프(6)의 하단은 외부의 가스제어장치(7)로부터 반응가스 등이 공급되도록 접속되어 있고, 상기 가스파이프(6)의 노즐부로부터 가스를 유출하여 로내에 공급하도록 되어 있으며, 벨 쟈아(1)의 아래부분에는 가스배출가(8)가 설치되어 있다.

여기서, 가스제어장치(7)로부터 공급된 반응가스는 가스파이프(6)의 선단에 설치된 노즐로부터 벨 쟈아(1)의 내부로 유출되어 벨 쟈아(1)의 내부의 로내에 충만되고, 이 충만된 반응가스가 실리콘 웨이퍼(5)의 경면에서 실리콘과 반응하여 경면에서 에피택셜 성장층이 형성된다. 반응에 사용되지 않은 반응가스 및 반응에 의해 생성된 수소가스등은 벨 쟈아(1)의 아래부분에 설치된 가스배출구(8)로부터 배기된다.

상기 가열코일(4)은 고주파 유도가열에 의해 적오선 방사원(3)을 가열하여 적외광을 발생시키기 위해 설치되는 것이지만, 적외선 방사원(3)으로부터 발생되는 적외광의 강도가 웨이퍼(5,...)를 가열하여 소정의 온도상승을 수행하는데 충분하게 되면, 방사원(3)에 대한 에너지공급은 저항가열이나 전자파에 의한 가열의 어느 것으로 수행해도 된다.

여기서, 제1도에 도시된 실시예에서는 가열코일(4)에 잔류를 흐르게 함으로써 가열코일(4)을 가열시키고, 이에 따라 가열코일(4)상에 설치된 적외선 방사원 (3)의 온도가 상승하여 적외선 방사원(3)으로부터 적외선이 방사된다. 이 적외선의 방사에 의해 실리콘 웨이퍼(5)가 900℃ 이하의 소정 온도까지 가열된다. 이와 같이 하여 실리콘 웨이퍼(5)에 인가된 열에너지를 이용해서 실리콘과 반응가스가 반응하여 실리콘 웨이퍼(5)의 경면에 에피택셜 성장층이 형성된다.

그리고, 적외선 방사원(3)의 온도는 적외선 방사원(3)과 실리콘 웨이퍼(5)와의 거리, 적외선 방사원(3)의 적외선 방사효율 등에 의해 결정된다. 또한, 가열코일(4)의 온도는 상기 적외선 방사원(3)의 설정온도, 적외선 방사원(3)과 가열코일 (4)간의 열전도율 등에 의해 결정된다. 또, 가열코일(4)에 흐르는 전류를 조정함으로써 가열코일(4)을 상기 온도로 설정할 수 있게 된다.

상기 방사원(3)의 재질로서는, 에피택셜공정에 따라 그 표면에 실리콘이 퇴적되더라도 적외선 방사강도가 거의 변화하지 않는[따라서, 웨이퍼(5,...)의 온도가 거의 변화하지 않는]것이 바람직한 바, 예컨대 카본그라파이트(carbon graphite ) 또는 이를 SiC로 코팅한 것 등이 사용되고 있다.

또, 상기 수용기(2)의 재질로서는, 예컨대 고순도 석영이나 이를 SiC로 코팅한 것 또는 카본 그라파이트를 SiC로 코팅한 것 등이 사용되고 있다.

상기 기상에피택셜 성장장치에 의하면, 적외선 방사원(3)을 웨이퍼(5)로부터 떨어진 위치에 설치하고, 적외선을 웨이퍼 가열원으로서 사용하고 있기 때문에, 고주파 가열방식에 의해 웨이퍼를 가열하는 것에 비해 웨이퍼에 슬리프가 발생하기 어렵게 된다. 즉, 종래예의 종형로(제3도)를 사용하는 경우에 슬리프가 발생하는 조건과 동일한 조건에서 에피택셜성장을 수행한 바, 슬리프가 발생하지 않는 것이 확인되었다. 또, 원료가스로서 저온성장가능한 SiH₄(실란)가스 또는 Si₂H₆(디실란)가스를 사용하여 900℃ 이하에서의 저온성장을 행한 경우, 웰 데포지션(Wall depo sition)이 발생하더라도 적외광 강도에 변화가 생기지 않게 되어 6인치, 8인치의 지름이 큰 웨이퍼에서도 슬리프 프리로 에피택셜층을 성장시킬 수 있었다.

이는 제3도에 도시한 종래 장치에서는 실리콘 웨이퍼(33)가 가열코일(34)에 의해 고주파 강려된 수용기(32)상에 직접 설치되어 있음에 따라 수용기(32)와 접하는 실리콘 웨이퍼(33)의 이면과, 수용기(32)와 접해서고온으로 되는 이면의 열팽창량이 저온의 경면의 열팽창량보다크게 되어 실리콘 웨이퍼(33)는 그 웨이퍼 단부가 수용기(32)로부터 떨어지도록 휘어진다. 이와 같이 웨이퍼 단부가 수용기(32)로부터 떨어짐으로써 웨이퍼 단부의 온도가 저하되어 수용기(32)와 접해 있는 웨이퍼 중앙부와의 사이에서 온도분포가 발생되는데, 이 온도분포는 실리콘 웨이퍼(33)내부에서 열응력을 발생시키고, 이 열응력이 소정치를 초월하면 실리콘 웨이퍼(33)를 구성하는 결정구조중에 슬리프가 발생된다. 이 슬리프는 일종의 결정결함(slip defromation of crystal)에 상당하는 것으로, 실리콘 웨이퍼(33)에 형성되는 소자의 특성을 약화시키는 요인으로 되고 있다.

이에 대해 제1도에 도시된 장치에서는 반도체 웨이퍼로부터 떨어진 위치에 설치된 적외선 방사원(3)으로부터의 적외선 방사에 의해 반도체 웨이퍼를 가열하는 바, 즉 웨이퍼가 열원과 저촉하고 있지 않기 때문에 고주파 가열된 수용기(32)에 이면을 접한 상태에서 웨이퍼(33)를 가열하는 종래의 장치에 비해 웨이퍼 전체가 균일하게 가열도어 웨이퍼의 경면이나 이면으 온도차를 작게 할 수 있게 된다. 그 결과 웨이퍼의 휘어짐이나 웨이퍼내의 열응력 등을 상당히 작게 할 수 있게 되어 웨이퍼중에 슬리프가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

또, 원료가스로서 Si₂H₆(디실란)가스를 사용하여 에피택셜성장을 행한 경우, 미립자의 수는 종래와 같이 웨이퍼 경면이 상향이면 ~10³개/웨이퍼였지만, 본 실시예에서는 웨이퍼의 경면이 하향이기 때문에 ~10개/웨이퍼인 것이 확인되었는 바, 미립자가 대폭적으로 감소되었다.

한편, 상기 실시예는 종형 로에 본 발명을 적용한 경우를 설명한 것이지만, 이것에 한정되지 않고 다른 구조의 반응로에도 본 발명을 적용하도록 개략할 수가 있다.

[발명의 효과]

상기한 바와 같은 기상에피택셜 성장장치에 의하면, 웨이퍼의 지름이 커지더라도 스리프의 발생을 억제한 상태에서 에피택셜성장을 행할 수 있게 되고, 또 저온성장가능한 원료가스를 사용하는 경우에도 웰 데포지션에 의한 악영향을 받지 않게 되어 고품질의 VLSI기판용 웨이퍼를 실현할 수 있게 된다. 더욱이, 웨이퍼경면을 하향으로 해 놓음으로써, 파티클의 원인으로 되는 실리콘 부스러기 등과 같은 미립자가 부착되는 비율을 억제할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 기상에피택셜성장을 수행하기 위한 반응로내에 에피택셜성장의 대상으로 되는 반도에 웨이퍼로부터 떨어진 위치에 웨이퍼 가열용 적외선 방사원이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 기상에피택셜 성장장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 적외선 방사원은 그 표면에 실리콘이 퇴적된 경우에도 적외선 방사강도가 거의 변화하지 않는 개질이 사용되고 있는 것을 특징으로 하는 기상에피택셜 성장장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼는 웨이퍼 경면이 중력에 대하여 연직(鉛直)아랫쪽으로부터 수직으로 되도록 지지되어 에피택셜성장이 수행되도록 된 것을 특징으로 하는 기상에피택셜 성장장치.

Images