KR100794719B1 - Susceptors for Chemical Vapor Deposition Devices - Google Patents
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Abstract
화학 기상 증착 장치용 서셉터가 개시된다. 개시된 화학 기상 증착 장치용 서셉터는, 화학 기상 증착 공정에 이용되는 화학 기상 증착 장치의 챔버 내에 배치되고, 그 상부에 웨이퍼가 안착되는 중앙에 하나의 관통공으로 이루어진 단공홀이 형성되어 상기 화학 기상 증착 공정에서 불순물의 오토도핑(autodoping) 제어와 이상 에피층(epi-layer) 성장을 억제하는 것을 그 특징으로 한다. A susceptor for a chemical vapor deposition apparatus is disclosed. The disclosed susceptor for chemical vapor deposition apparatus is disposed in a chamber of a chemical vapor deposition apparatus used in a chemical vapor deposition process, and a single hole formed with a through hole is formed in the center where a wafer is seated thereon, thereby forming the chemical vapor deposition. It is characterized by controlling autodoping of impurities in the process and suppressing abnormal epi-layer growth.
본 발명에 따르면, 최적 형상의 오직 하나의 단공홀만을 형성한 서셉터를 사용하여 화학 기상 증착 공정을 수행할 수 있어 오토도핑 현상을 방지할 수 있고 동시에 이상 에피층 성장이 발생하지 않으며, 웨이퍼 밑면에서 분출되는 불순물을 서셉터 아래로 배출시켜주는 동시에 복사에너지가 웨이퍼에 골고루 전달될 수 있고, 서셉터의 중앙에 단순히 하나의 원형 단공홀만을 형성함으로써, 서셉터의 가공이 간단하여 제조가 용이하고, 제조비용을 절감할 수 있으며, 또한 기존의 표준 서셉터와 유사한 두께 균일성을 가질 수 있고, 웨이퍼 밑면에 산화막 공정을 생략할 수 있게 되므로 공정감소에 따른 시간과 경비 절감을 기대할 수 있는 이점이 있다.According to the present invention, a chemical vapor deposition process can be performed using a susceptor having only one single hole of an optimal shape to prevent autodoping, and at the same time, no abnormal epi layer growth occurs, Radiant energy can be evenly transferred to the wafer while simultaneously discharging impurities discharged from the susceptor, and by simply forming a single circular hole in the center of the susceptor, the susceptor can be easily processed and manufactured. In addition, the manufacturing cost can be reduced, and the thickness uniformity similar to the existing standard susceptor can be reduced, and the oxide film process can be omitted at the bottom of the wafer. have.
서셉터, 오토도핑, 화학 기상 증착 Susceptor, autodoping, chemical vapor deposition
Description
도 1은 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치용 서셉터가 적용된 화학 기상 증착장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도.1 is a schematic view showing the configuration of a chemical vapor deposition apparatus to which the susceptor for chemical vapor deposition apparatus according to the present invention is applied.
도 2는 도 1의 요부를 보다 상세하게 도시한 상세도.Figure 2 is a detailed view showing the main portion of Figure 1 in more detail.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치용 서셉터를 구현하기 위해 시험에 적용된 서셉터의 개략적인 구성도.3 to 5 are schematic configuration diagrams of susceptors applied to a test for implementing a susceptor for a chemical vapor deposition apparatus according to the present invention.
도 6 및 도 7은 도 3 내지 도 5의 서셉터와 표준 서셉터를 이용하여 시험한 결과를 나타내 보인 그래프.6 and 7 are graphs showing the results of tests using the susceptors and the standard susceptors of FIGS. 3 to 5.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1. 챔버1. Chamber
2. 인젝터2. Injector
3. 가스 배출구3. Gas outlet
4. 서셉터4. Susceptor
5. 웨이퍼5. Wafer
6. 실리콘 에피층6. Silicon epilayer
7. 회전기구7. Rotating Mechanism
8,9. 가열램프8,9. Heating lamp
11. 원형 단공홀11. Circular hole
본 발명은 화학 기상 증착 장치용 서셉터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 뒷면에 산화막을 입히지 않고 서셉터를 통하여 웨이퍼 윗면에 증착되는 실리콘 두께 균일도를 규격에 만족하도록 공정을 제어하기 위한 화학 기상 증착 공정용 서셉터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
화학 기상 증착(CVD; Chemical Vapor Deposition) 공정에 이용되는 화학 기상 증착장치는, 석영(quartz)으로 제작된 반응기 챔버(chamber)와, 그 내부에 장착된 서셉터(susceptor) 및 웨이퍼(wafer)와, 그리고 상기 챔버의 상, 하부에 구비된 가열램프(heating lamp)를 포함하여 구성된다. The chemical vapor deposition apparatus used in the chemical vapor deposition (CVD) process includes a reactor chamber made of quartz, a susceptor and a wafer mounted therein, And it is configured to include a heating lamp (heating lamp) provided on the upper, lower portion of the chamber.
상기 서셉터는 탄소(graphite) 재질로 된 판에 SiC로 코팅된 것으로서, 가열램프로부터 열에너지를 공급받아 인젝터(injector)로부터 분무된 반응가스가 서셉터 윗면에서 원활히 화학반응이 일어나는 공정온도(약 1100℃)를 유지시키게 된다. 이러한 공정을 통해 웨이퍼 윗면에 표면반응이 일어나게 되며, 그 결과 일정한 두께의 실리콘 에피층(Epi-layer)이 형성되게 된다.The susceptor is coated with SiC on a plate made of carbon, and a process temperature at which the reaction gas sprayed from the injector receives a thermal energy from a heating lamp to perform a chemical reaction on the upper side of the susceptor (about 1100). ℃) is maintained. Through this process, the surface reaction occurs on the upper surface of the wafer, and as a result, a silicon epi layer of a certain thickness is formed.
그리고 에피 공정(P/P+)은 에피층에 전기적 저항특성을 부여하기 위해 불순물인 붕소(B)를 챔버 내부로 극소량 공급하게 된다. 이러한 과정을 거치면 원하는 저항값을 가지는 에피층을 얻게 되는데, 이렇게 의도적으로 불순물을 첨가시켜 주는 것을 도핑(doping) 현상이라고 한다.In the epi process (P / P +), boron (B), which is an impurity, is supplied to the inside of the chamber in a very small amount to impart an electrical resistance characteristic to the epi layer. Through this process, an epi layer having a desired resistance value is obtained. Intentionally adding an impurity is called a doping phenomenon.
그러나, 에피 공정 중에 웨이퍼 밑면으로부터 불순물이 확산되어 그 윗면으로 불순물이 이동하는 유동현상이 발생하게 된다. 이러한 것이 원인이 되어서 에피층에 저항값이 일정하지 않은 분포를 가지게 된다. However, during the epitaxial process, impurities are diffused from the bottom surface of the wafer, and a phenomenon in which impurities move to the top surface occurs. This causes this to have a distribution in which the resistance value is not constant in the epi layer.
상기와 같이 일정하지 않은 저항값 분포를 가지게 하는 원인인 불순물의 확산 현상은 공정상에서 제거되어야 하며, 이러한 의도하지 않은 도핑 현상을 오토도핑(Autodoping)이라고 부른다. As described above, the diffusion of impurities, which is a cause of having a non-uniform distribution of resistance values, must be removed in the process, and this unintentional doping phenomenon is called autodoping.
이 오토도핑 현상을 방지하기 위한 기존의 방법은, 웨이퍼 밑면에 산화막을 입혀주는 것이 일반적이었다. 그러나 산화막을 입히게 되면 추가공정에 의한 시간과 비용의 증가가 발생하게 되어, 최근에는 이 시간과 비용 절감을 위해 새로운 개념의 서셉터들이 연구되고 있다.In the conventional method for preventing the autodoping phenomenon, it is common to apply an oxide film on the bottom surface of the wafer. However, when the oxide film is coated, an increase in time and cost is caused by an additional process. Recently, new concept susceptors have been studied to reduce the time and cost.
현재까지 서셉터는 서셉터 중앙부에 작은 홀(hole)을 뚫어 웨이퍼 밑면에서 확산되어 분출되는 불순물을 서셉터 아래로 배출시켜 주므로써 오토도핑 현상을 방지하려 하고 있다. Until now, the susceptor has been trying to prevent auto-doping by drilling a small hole in the center of the susceptor to discharge impurities discharged from the bottom of the wafer under the susceptor.
그리고 웨이퍼 제조공정 중에 발생하는 오토도핑 현상이나 배면 헤일로(Backside Halo) 등을 해결하기 위한 것으로, 서셉터의 형상변경 등을 통하여 제반 공정문제들을 해결하려 하고 있다.In order to solve the auto-doping phenomenon and the backside halo generated during the wafer manufacturing process, it is trying to solve all the process problems by changing the shape of the susceptor.
이러한 방법들의 주요 특징은 서셉터 임의의 위치에 홀이나 슬롯(slot)을 뚫어 제반 공정문제의 원인자들을 웨이퍼 윗면으로 근접하는 것을 차단시켜 주는 메커니즘을 구현하는 형상설계 기법이다. 이러한 내용은 WO 01/86034, WO 01/86035, US 6129047 등에 개시되어 있다.The main feature of these methods is the shape design technique, which implements a mechanism that cuts holes or slots in any position of the susceptor to keep the cause of the process problem close to the top of the wafer. This is disclosed in WO 01/86034, WO 01/86035, US 6129047 and the like.
그러나 이들 특허기술은 작은 구멍을 통해 가열램프로부터 방사되는 복사에너지가 유입되어 작은 구멍 부분만을 가열시키게 되므로, 이상 에피층의 성장을 발생시키게 되며 결과적으로 일정한 두께의 에피층을 얻을 수 없게 되는 문제점이 발생되게 되었다.However, these patented technologies induce radiant energy radiated from the heating lamp through the small holes to heat only the small hole parts, which causes abnormal epi layer growth, and as a result, it is impossible to obtain an epi layer with a constant thickness. It came to occur.
따라서 현재에는 오토도핑 현상을 방지하면서 이상 에피층 성장을 억제하는 최적의 서셉터 개발이 매우 중요한 과제가 되고 있다. Therefore, at present, development of an optimal susceptor that suppresses abnormal epilayer growth while preventing autodoping is a very important task.
그리고 열유동 공정 개발은 주로 실험에 의한 시행착오법(trial and error)을 사용하였다. 신개념의 서셉터 개발도 마찬가지로 구멍의 크기와 면적밀도를 조절하여 실험적인 방법을 이용하여 개발하고 있다. 이러한 개발 방식은 개발자의 경험과 능력에 따라 상당한 개발기간과 비용을 발생시키게 된다.And heat flow process development mainly used trial and error method by experiment. Similarly, new concept susceptor development is being developed using experimental methods by adjusting the hole size and area density. This development method incurs considerable development period and cost depending on the developer's experience and ability.
그래서 최근에는 CFD(Computational Fluid Dynamics) 기법을 이용하여 임의의 서셉터 형상을 에피 공정에 적용하여 실제 공정과 유사하게 실리콘 증착이 이루어지도록 전산모사하여 가장 가능성 있는 서셉터 형상을 예측하도록 하고 있다. 이 방법을 사용하면 향후 열유동 공정설계에 많은 시간과 인력, 비용이 절감하게 된다. Recently, CFD (Computational Fluid Dynamics) technique is used to apply arbitrary susceptor shapes to the epi process to simulate silicon deposition similarly to the actual process to predict the most likely susceptor shape. This method saves a lot of time, manpower, and cost for future heat flow process design.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, CFD 기법을 사용하여 에피 공정을 전산모사 한 후, 가장 최적의 성능을 발휘하도록 한 화 학 기상 증착 장치용 서셉터를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and provides a susceptor for a chemical vapor deposition apparatus to perform the best performance after computer simulation of the epi process using CFD technique. have.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화학 기상 증착 장치용 서셉터는, 화학 기상 증착 공정에 이용되는 화학 기상 증착 장치의 챔버 내에 배치되고, 그 상부에 웨이퍼가 안착되는 중앙에 하나의 관통공으로 이루어진 단공홀이 형성되어 상기 화학 기상 증착 공정에서 불순물의 오토도핑(autodoping) 제어와 이상 에피층(epi-layer) 성장을 억제하는 것을 그 특징으로 한다. Susceptor for a chemical vapor deposition apparatus of the present invention for achieving the above object is disposed in the chamber of the chemical vapor deposition apparatus used in the chemical vapor deposition process, a single through-hole in the center of the wafer is placed thereon A single hole is formed to suppress autodoping control and abnormal epi-layer growth in the chemical vapor deposition process.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에는 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치용 서셉터가 적용된 화학 기상 증착장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 요부를 보다 상세하게 도시한 상세도가 도시되어 있다.FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of a chemical vapor deposition apparatus to which a susceptor for a chemical vapor deposition apparatus according to the present invention is applied, and FIG. 2 is a detailed view showing the main part of FIG. 1 in more detail. It is.
도면을 각각 참조하면, 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치용 서셉터가 적용된 화학 기상 증착장치는, 보통 석영으로 제작된 챔버(1)와, 이 챔버(1) 내부에 장착되어 웨이퍼(5)의 최소 부분만을 안착시켜 지지하는 것으로 탄소(graphite) 판에 SiC가 코팅되어 이루어진 서셉터(4)와, 상기 챔버(1)의 상, 하부에 설치되어 웨이퍼(5)를 소정 온도로 가열하도록 열에너지를 방출하는 가열램프(8,9)와, 그리고 상기 서셉터(4)의 하부에 설치된 서셉터(4)의 회전기구(7)와, 상기 챔버(1)의 상단 일측에 설치되어 챔버(1) 내로 반응가스(SiHCl₃)가 유입되도록 반응가스를 분무하는 인젝터(2)를 포함하여 구성된다.Referring to each of the drawings, a chemical vapor deposition apparatus to which a susceptor for a chemical vapor deposition apparatus according to the present invention is applied includes a
한편, 도 1 및 도 2에서 설명되지 않은 참조부호 3은 상기 인젝터(2)를 통해 유입된 반응가스가 배출되도록 챔버(1)에 형성된 가스 배출구이고, 6은 웨이퍼(5)의 상단면에 형성된 실리콘 에피층이며, 10은 상기 웨이퍼(5)의 밑면을 나타내 보인 것이다.Meanwhile,
그리고 참조부호 12는 반응가스의 유동 상태를 나타내 보인 것이고, 13은 반응가스의 유입 유동을 나타내 보인 것이며, 14는 불순물 가스의 유동을 나타내 보인 것이다.
그리고 본 발명의 특징부를 이루는 것으로 상기 서셉터(4)는, 화학 기상 증착 공정에 이용되는 화학 기상 증착 장치의 챔버(1) 내에 배치되고, 그 상부에 웨이퍼(5)가 안착되는 중앙에 하나의 관통공으로 이루어진 단공홀(11)이 형성되어 화학 기상 증착 공정에서 불순물의 오토도핑(autodoping) 제어와 이상 에피층(epi-layer) 성장을 억제한다.The
상기 단공홀(11)이 차지하는 면적 비율은, 상기 서셉터(4) 전체 면적에 대하여 49∼98％ 해당되게 형성되어 이루어진다. 그리고 후술하는 바와 같이, 상기 단공홀(11)이 차지하는 면적 비율은 서셉터(4) 전체 면적에 대하여 64％ 해당되게 형성되어 이루어지는 것이 바람직하다.The area ratio occupied by the
또한 상기 단공홀(11)은 구조상 원형으로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the
이와 같이, 상기 서셉터(4)는 종래와 같이 여러 개의 홀이 형성된 다공홀이 아닌, 그 중앙에 하나의 원형 단공홀(11)을 형성함으로써, 전술한 오토도핑 현상을 방지하고 동시에 이상 에피층 성장이 발생하지 않고, 웨이퍼(5)의 밑면(10)에서 분 출되는 불순물을 서셉터(4) 아래로 배출시켜주는 동시에 복사에너지가 웨이퍼(5)에 골고루 전달되게 한 것이다.As described above, the
이를 위해 상기 서셉터(4)의 원형 단공홀(11)의 지름(Di)은 웨이퍼(5)의 지름(Do)의 0.7∼0.99배로 형성된다. 바람직하게는 상기 서셉터(4)의 원형 단공홀(11)의 지름(Di)은 웨이퍼(5)의 지름(Do)의 0.8배로 형성되면 전술하는 바와 같은 장점이 있는 최적의 형상이 된다.To this end, the diameter Di of the circular
그리고 상기 서셉터(4)의 중앙에 단순하게 하나의 원형홀만을 형성함으로써, 홀의 가공이 간단하여 제조가 쉽다.And by simply forming only one circular hole in the center of the
또한 상기 서셉터(4)는, 기존의 표준 서셉터(미도시)와 유사한 두께 균일성을 가질 뿐만 아니라 불순물의 오토도핑 현상을 방지하면서 원형 단공홀(11) 부위에 이상 에피층 성장을 억제하는 최적의 형상으로 이루어진 것이다.In addition, the
이하에서는, 상기 서셉터(4)의 원형 단공홀(11)이 최적으로 설계되었다는 이유에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the reason why the circular
전술한 바와 같은 최적의 서셉터(4)가 구현하기 위해 각각 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같은 그 중앙에 하나의 단공홀(Hole #1,2,3)이 형성된 서셉터(4a,4b,4c)를 준비하고, 도면에는 도시하지 않았으나 홀이 형성되지 않은(No Hole) 기존의 표준형에 대하여 각각 시험을 하였다. In order to implement the
이 때, 도 3 내지 도 5의 서셉터의 단공홀의 지름(Di)을 웨이퍼(5)의 지름(Do)의 0.8, 0.5 및 0.2배로 형성하였다. 즉, Di/Do의 비를 각각 0.8, 0.5 및 0.2로 하였다.At this time, the diameter Di of the single hole of the susceptor of FIGS. 3 to 5 was formed to be 0.8, 0.5, and 0.2 times the diameter Do of the
그리고 최적의 서셉터(4)의 단공홀(11)의 형상을 설계하기 위해 도 3 내지 도 5의 3가지 서셉터(4a,4b,4c)에 대하여 전산모사 기법으로 해석하였고, 그 결과를 도 6 및 도 7의 그래프와, 그리고 아래의 표 1에 각각 나타내 보였다.In order to design the shape of the
[표 1]TABLE 1
상기한 표 1의 결과를 통해 표준형 서셉터와 유사한 두께 균일도를 가지는 서셉터는 Hole #1 형임을 알 수 있었다.The results of Table 1 indicate that the susceptor having a thickness uniformity similar to that of the standard susceptor is
그리고 도 6의 그래프를 통해서 이상 에피층을 억제하는 서셉터의 형상도 Hole #1 형임을 확인할 수 있었다. 즉, 도 6의 그래프와 같이 표준형과 가장 유사한 데이터를 나타내는 것은 Hole #1이 형성된 서셉터(4a)임을 알 수 있다. 따라서 본 발명을 만족하는 서셉터는 Hole #1 형이다.In addition, the shape of the susceptor for suppressing the abnormal epitaxial layer was also a
또한 도 3 내지 도 5의 3가지 형태의 단공홀(Hole #1,2,3)을 갖는 서셉터(4a,4b,4c)를 적용하여 시뮬레이션(simulation)을 하였을 때, 도 7과 같은 두께 비균일도 결과를 얻게 된다.In addition, when applying the susceptor (4a, 4b, 4c) having three types of holes (
도 7에 도시된 바와 같이, 품질 수준에 적합한 영역(B)의 직경비(Di/Do)가 0.7∼0.99에 해당하는 것을 확인하였고, 최종적으로 Hole #1 형의 직경비(Di/Do) 0.8을 기준으로 주위 영역이 최적임을 알 수 있었다.As shown in FIG. 7, it was confirmed that the diameter ratio Di / Do of the region B suitable for the quality level corresponds to 0.7 to 0.99, and finally the diameter ratio Di / Do of the
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치용 서셉터는 다음과 같은 효과를 갖는다.As described above, the susceptor for chemical vapor deposition apparatus according to the present invention has the following effects.
최적 형상의 단 하나의 단공홀을 형성한 서셉터를 사용하여 화학 기상 증착 공정을 수행할 수 있어 오토도핑 현상을 방지할 수 있고, 동시에 이상 에피층 성장이 발생하지 않으며, 웨이퍼의 밑면에서 분출되는 불순물을 서셉터 아래로 배출시켜주는 동시에 복사에너지가 웨이퍼에 골고루 전달될 수 있다.The chemical vapor deposition process can be performed using a susceptor formed with only one single hole of an optimal shape, thereby preventing auto-doping, and at the same time, no abnormal epitaxial growth occurs and ejected from the bottom of the wafer. While radiating impurities down the susceptor, radiant energy can be evenly transferred to the wafer.
그리고 서셉터의 중앙에 단순히 하나의 원형 단공홀만을 형성함으로써, 서셉터의 가공이 간단하여 제조가 용이하고, 제조비용을 절감할 수 있다.And by simply forming a single circular hole in the center of the susceptor, the processing of the susceptor is easy to manufacture, it is possible to reduce the manufacturing cost.
또한 기존의 표준 서셉터와 유사한 두께 균일성을 가질 수 있고, 웨이퍼의 밑면에 산화막 공정을 생략할 수 있게 되므로 공정감소에 따른 시간과 경비 절감을 기대할 수 있다. In addition, it can have a thickness uniformity similar to that of a conventional standard susceptor, and it is possible to omit the oxide film process on the bottom of the wafer, thereby reducing the time and cost according to the process reduction.
그리고 생산성 향상과 수율 증가에 상당한 기여를 할 수 있다.And it can make a significant contribution to improving productivity and increasing yield.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments are possible. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.
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- 2005-11-02 KR KR1020050104542A patent/KR100794719B1/en active Active
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