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KR101829800B1 - 증착 장치 및 증착 방법 - Google Patents

증착 장치 및 증착 방법 Download PDF

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KR101829800B1
KR101829800B1 KR1020110142880A KR20110142880A KR101829800B1 KR 101829800 B1 KR101829800 B1 KR 101829800B1 KR 1020110142880 A KR1020110142880 A KR 1020110142880A KR 20110142880 A KR20110142880 A KR 20110142880A KR 101829800 B1 KR101829800 B1 KR 101829800B1
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조영득
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예에 따른 탄화규소 증착 장치는, 기체 투입부와 기체 배출부를 포함하는 챔버; 상기 챔버 내에 배치되고, 웨이퍼를 수용하는 서셉터; 및 상기 챔버 내에 반응 기체를 공급하는 제 1 반응 기체 공급 라인 및 제 2 반응 기체 공급 라인을 포함하고, 상기 제 1 반응 기체 공급 라인과 상기 웨이퍼 사이의 거리는 상기 제 2 반응 기체 공급 라인과 상기 웨이퍼 사이의 거리보다 길고, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인은 상기 챔버 내로 SiHClx 기체를 공급한다.
실시예에 따른 탄화규소 증착 방법은, 제 1 반응 기체 공급 라인 및 제 2 반응 기체 공급 라인을 통해 챔버 내에 반응 기체를 공급하는 단계; 상기 반응 기체가 중간 화합물을 형성하는 단계; 및 상기 중간 화합물과 상기 챔버 내에 위치하는 웨이퍼가 반응하여 탄화규소 에피층을 증착하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 반응 기체 공급 라인과 상기 제 2 반응 기체 공급 라인은 서로 연결되고, 상기 제 1 반응 기체 공급 라인과 상기 웨이퍼 사이의 거리는 상기 제 2 반응 기체 공급 라인과 상기 웨이퍼 사이의 거리보다 길며, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인은 상기 챔버 내로 SiHClx 기체를 공급하고, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인은 가열 부재를 포함한다.

Description

증착 장치 및 증착 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DEPOSITION}
본 기재는 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, 웨이퍼와 반응할 수 있는 반응 기체가 투입되어야 한다. 종래에는 원료로서, 표준전구체인 실란(SiH4) 및 에틸렌(C2H4), 실란 및 프로판(C3H8)을 투입하거나, 또는, 메틸트리클로로실란(methyltrichlorosilane;MTS) 등을 투입하고, 상기 원료를 가열하여 CH3, SiClx 또는 SiHClx 등의 중간 화합물을 생성한 후, 이러한 중간 화합물이 챔버 또는 서셉터 내로 투입되어 서셉터 내에 위치하는 기판 또는 웨이퍼와 반응하여 탄화규소 에피층을 증착하였다.
그러나, 고품질의 대구경 탄화수소 에피 박막을 성장시키기 위해서는 상기 중간 화합물 중 SiHClx는 SiClx의 안정적인 화학 반응을 위해 원활한 공급이 요구되는데, 반응 기체의 유량, 온도 및 압력 등의 많은 변수 들로 인해 불안정한 화학 반응으로 SiHClx 득히, SiHCl3의 공급이 국소적인 영역(기체 공급 지점에서 약 4㎝ 미만의 영역)에만 집중되어 50㎜ 이상의 대규경 탄화규소 박막 품질을 저하시키는 요인이 된다.
이에 따라, 상기 탄화규소 에피층의 증착에 있어서, 상기 반응 기체 즉, 상기 반응 기체에 의해 생성되는 중간 화합물을 상기 챔버 또는 상기 서셉터 내에 원활하게 공급할 수 있는 방법의 필요성이 요구된다.
실시예는 기판 또는 웨이퍼 상에 탄화규소를 증착시에 요구되는 반응 기체의 중간 화합물 중 SiHClx 계열의 중간 화합물을 상기 챔버 또는 상기 서셉터 내에서 확산 경로를 확장시킴으로써, 고품질의 탄화규소 에피 웨이퍼를 제조하는 탄화규소 증착 장치 및 탄화규소 증착 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 탄화규소 증착 장치는, 기체 투입부와 기체 배출부를 포함하는 챔버; 상기 챔버 내에 배치되고, 웨이퍼를 수용하는 서셉터; 및 상기 챔버 내에 반응 기체를 공급하는 제 1 반응 기체 공급 라인 및 제 2 반응 기체 공급 라인을 포함하고, 상기 제 1 반응 기체 공급 라인과 상기 웨이퍼 사이의 거리는 상기 제 2 반응 기체 공급 라인과 상기 웨이퍼 사이의 거리보다 길고, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인은 상기 챔버 내로 SiHClx 기체를 공급한다.
실시예에 따른 탄화규소 증착 방법은, 제 1 반응 기체 공급 라인 및 제 2 반응 기체 공급 라인을 통해 챔버 내에 반응 기체를 공급하는 단계; 상기 반응 기체가 중간 화합물을 형성하는 단계; 및 상기 중간 화합물과 상기 챔버 내에 위치하는 웨이퍼가 반응하여 탄화규소 에피층을 증착하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 반응 기체 공급 라인과 상기 제 2 반응 기체 공급 라인은 서로 연결되고, 상기 제 1 반응 기체 공급 라인과 상기 웨이퍼 사이의 거리는 상기 제 2 반응 기체 공급 라인과 상기 웨이퍼 사이의 거리보다 길며, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인은 상기 챔버 내로 SiHClx 기체를 공급하고, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인은 가열 부재를 포함한다.
실시예에 따른 탄화규소 증착 장치 및 탄화규소 증착 방법은 상기 반응 기체를 공급하는 반응 기체 공급 라인이 2개 이상의 라인을 포함한다. 즉, 상기 반응 기체 공급 라인은 상기 챔버의 기체 투입부와 연결되는 제 1 반응 기체 공급 라인과, 상기 챔버의 기체 투입부와 일정 간격 이격하여 연결되는 제 2 반응 기체 공급 라인을 포함한다. 즉, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인은 상기 제 1 반응 기체 공급 라인보다 상기 챔버 내에 위치하는 웨이퍼와 가깝게 위치한다.
또한, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인은 SiHCl3·기체가 이온화되는 온도로 가열될 수 있도록 외주면에 가열 부재를 포함한다. 이러한 SiHCl3· 기체는 상기 제 2 반응 기체 공급 라인에 의해 상기 챔버 내로 공급된다.
이에 따라, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인에 의해 상기 챔버 내로 공급되어 국부적인 영역만을 통과하는 SiHCl3·기체를 확산시킬 수 있다. 즉, 웨이퍼와 SiHCl3·기체가 반응할 수 있는 양을 증가시킬 수 있다.
따라서, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인에 의해 상기 SiHCl3· 기체가 챔버 내에서 더 긴 확산 경로를 가질 수 있고, 상기 웨이퍼까지 이동하는 SiHCl3· 기체의 양이 증대되므로 안정적인 반응을 할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 에피층 증착 장치 및 에피층 증착 방법은 상기 기판 또는 웨이퍼 상에 고품질의 에피 박막층을 형성할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 탄화규소 증착 장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 실시예에 따른 증착부를 도시한 단면도이다.
도 3은 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 장치를 도시한 개략도이다.
도 1을 참고하면, 실시예에 따른 탄화규소 증착 장치는 반응 기체 공급부(100), 증착부(200) 제 1 반응 기체 공급 라인(310), 제 2 반응 기체 공급 라인(320)을 포함한다.
상기 반응 기체 공급부(100)는 상기 증착부(200)에 반응 기체를 공급한다. 상기 반응 기체 공급부(100)는 상기 제 1 반응 기체 공급 라인(310) 및 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)을 통하여 상기 증착부(200)에 상기 반응 기체를 공급할 수 있다.
상기 반응 기체 공급부(100)에는 상기 반응 기체를 발생시키기 위한 원료가 수용될 수 있다. 상기 원료는 액상 원료 또는 기상 원료를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 액상 원료는 메틸트리클로로실란(methyltrichlorosilane;MTS)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 기상 원료는 실란(SiH4), 에틸렌(C2H4) 및 염화수소(HCl) 또는 실란, 프로판(C3H8) 및 염화수소를 포함할 수 있다. 그러나, 상기 원료는 이에 제한되지 않고 탄소 및 규소를 포함하는 다양한 액상 원료 또는 기상 원료를 포함할 수 있다.
일례로, 상기 기상 원료인 실란(SiH4), 에틸렌(C2H4) 및 염화수소(HCl) 또는 실란, 프로판(C3H8) 및 염화수소는 가열되어 또는 직접 기체 상태로 상기 반응 기체 공급 라인(300)을 통하여 상기 증착부(200)로 공급될 수 있다.
상기 증착부(200)는 상기 반응 기체 공급부(100)로부터, 상기 제 1 반응 기체 공급 라인(310) 및 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)을 통하여, 상기 반응 기체를 공급받는다.
상기 증착부(200)는 에피텍셜층을 형성하고자 하는 웨이퍼(W)를 수용한다. 상기 증착부(200)는 상기 반응 기체를 사용하여, 상기 기판 또는 상기 웨이퍼 상에 에피텍셜층을 형성한다. 즉, 상기 증착부(200)는 상기 웨이퍼(W) 상에 상기 반응 기체를 사용하여, 상기 기판 또는 상기 웨이퍼 상에 박막을 형성한다.
상기 제 1 반응 기체 공급 라인(310) 및 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)은 상기 반응 기체 공급부(100)에서 상기 증착부(200)로 반응 기체를 공급할 수 있다. 상기 제 1 반응 기체 공급 라인(310) 및 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)에 대해서는 도 2와 함께 상세히 설명한다.
도 2는 실시예에 따른 증착부(200)의 단면을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 증착부(200)는 챔버(210), 서셉터(220), 웨이퍼 홀더(230) 및 제 2 가열 부재(240)를 포함한다.
상기 챔버(210)는 원통형 튜브 형상을 가질 수 있다. 이와는 다르게, 상기 챔버(210)는 사각 박스 형상을 가질 수 있다. 상기 챔버(210)는 상기 서셉터(220) 및 상기 웨이퍼 홀더(230)를 수용할 수 있다.
또한, 상기 챔버(210)의 양 끝단들은 밀폐되고, 상기 챔버(210)는 외부의 기체유입을 막고 진공도를 유지할 수 있다. 상기 챔버(210)는 기계적 강도가 높고, 화학적 내구성이 우수한 석영(quartz)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 챔버(210)는 향상된 내열성을 가진다.
또한, 상기 챔버(210)는 상기 반응 기체가 투입되고 배출되는 기체 투입부와 기체 배출부를 포함한다. 즉, 상기 반응 기체가 투입되는 기체 투입부 및 미반응 기체 등이 배출되는 기체 배출부를 포함한다.
또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 챔버(210) 내에는 단열부가 더 구비될 수 있다. 상기 단열부는 상기 챔버(210) 내의 열을 보존하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 단열부로 사용되는 물질의 예로서는 질화물 세라믹, 탄화물 세라믹 또는 흑연 등을 들 수 있다.
상기 서셉터(220)는 상기 챔버(210) 내에 배치된다. 상기 서셉터(220)는 상기 웨이퍼 홀더(230)를 수용한다. 또한, 상기 서셉터(220)는 상기 웨이퍼(W) 등과 같은 기판을 수용한다. 또한, 상기 제 1 반응 기체 공급 라인(310) 및 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)을 통하여, 상기 서셉터(20) 내부로 상기 반응 기체가 유입된다.
상기 서셉터(220)는 고온 등의 조건에서 견딜 수 있도록 내열성이 높고 가공이 용이한 흑연(graphite)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 서셉터(220)는 흑연 몸체에 탄화규소가 코팅된 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 서셉터(220)는 자체로 유도가열될 수 있다.
상기 웨이퍼 홀더(230)는 상기 서셉터(220) 내에 배치된다. 더 자세하게, 상기 웨이퍼 홀더(230)는 상기 소스 기체가 흐르는 방향을 기준으로, 상기 서셉터(220)의 후미에 배치될 수 있다. 상기 웨이퍼 홀더(230)는 상기 웨이퍼(W)를 지지한다. 상기 웨이퍼 홀더(230)로 사용되는 물질의 예로서는 탄화규소 또는 흑연 등을 들 수 있다.
상기 제 2 가열 부재(240)는 상기 챔버(210) 외측에 배치된다. 더 자세하게, 상기 제 2 가열 부재(240)는 상기 챔버(210)의 외주면을 둘러쌀 수 있다. 바람직하게, 상기 제 2 가열 부재(240)는 유도 코일을 포함할 수 있다. 상기 유도 코일은 전자기 유도를 통하여, 상기 서셉터(220)를 유도 발열시킬 수 있다. 즉, 상기 유도 코일은 상기 챔버(210)의 외주면을 감을 수 있다.
상기 서셉터(220)는 상기 유도 코일에 의해서 성장 온도까지 가열될 수 있다. 바람직하게는, 1500℃ 내지 1900℃의 온도로 가열될 수 있다. 상기 온도에서 상기 반응 기체는 중간 화합물로 분해되고, 상기 중간 화합물과 상기 웨이퍼(W)가 반응하여 상기 웨이퍼(W) 상에 탄화규소 에피층이 형성된다.
상기 챔버(210)에는 상기 제 1 반응 기체 공급 라인(310) 및 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)이 연결될 수 있다.
상기 제 1 반응 기체 공급 라인(310)은 상기 챔버(210)의 기체 투입부와 연결되고, 상기 챔버(210) 내부로 상기 반응 기체를 공급한다.
상기 제 1 반응 기체 공급 라인(310)에서는 상기 반응 기체 공급부(100) 내에 수용된 원료 즉, 실란, 에틸렌 및 염화수소 또는 실란, 프로판 및 염화수소를 상기 챔버(210) 또는 상기 서셉터(210)내로 공급한다.
상기 제 1 반응 기체 공급 라인(310)에 의해 상기 챔버(210) 또는 상기 서셉터(220)에 공급되는 반응 기체는 열에 의해서, 중간 화합물로 분해되고, 이 상태에서, 상기 웨이퍼(W) 등에 증착될 수 있다. 예를 들어, 상기 반응 기체는 기상 원료인 실란, 에틸렌 및 염화수소 또는 실란, 프로판 및 염화수소 등을 투입할 수 있다.
상기 원료는 규소 또는 탄소를 포함하는 라디칼로 분해되고, 상기 웨이퍼(W) 상에는 탄화규소 에피층이 성장될 수 있다. 더 자세하게, 상기 라디칼은 CH3·, SiCl·, SiCl2·, SiHCl·, SiHCl2· 및 SiHCl3·등을 포함하는 CHx·(1≤x＜4), SiClx·(1≤<x＜4) 또는 SiHClx·(1≤x＜3) 일 수 있다.
이러한 라디칼로 분해된 반응 기체들이 상기 서셉터(220) 내에 위치하는 상기 웨이퍼(W)와 반응하여 상기 웨이퍼 상에 탄화규소 에피층을 증착할 수 있다.
상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)은 상기 제 1 반응 기체 공급 라인(310)과 연결된다. 또한, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인은 상기 제 1 반응 기체 공급 라인과 일정한 거리로 이격하여 위치한다. 이에 따라, 상기 제 1 반응 기체 공급 라인과 상기 웨이퍼 사이의 거리는 상기 제 2 반응 기체 공급 라인과 상기 웨이퍼 사이의 거리보다 더 길 수 있다.
즉, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)은 상기 제 1 반응 기체 공급 라인(310)이 상기 챔버(210) 내로 반응 기체를 공급하는 부분보다 앞선 부분 즉, 상기 챔버의 외부에 위치하는 상기 제 1 반응 기체 공급 라인(310)의 부분에서 분리되어 연결되고, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(310)은 상기 제 1 반응 기체 공급 라인(320)보다 챔버(210)의 내부 쪽에 위치할 수 있다.
상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)은 상기 챔버(210)의 입구 부분과 일정 간격을 이격하여 상기 챔버(210)과 연결된다. 즉, 상기 챔버(210)는 제 1 반응 기체 공급 라인(310)에 의해 반응 기체가 공급되는 기체 투입부와 미반응 기체 등이 배출되는 기체 배출부를 포함한다. 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)은 상기 반응 기체 투입부에서 일정 간격만큼 이격하여 상기 챔버(210)와 연결될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)은 상기 챔버(210)의 반응 기체 투입부에서 5㎝ 내지 10㎝ 이격하여 상기 챔버(210)와 연결될 수 있다. 다시 말해, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(210)은 상기 제 1 반응 기체 공급 라인(210)과 5㎝ 내지 10㎝ 이격하여 위치할 수 있다.
상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)은 상기 챔버의 상면, 하면 또는 측면 중 어느 한면과 연결될 수 있다. 또한, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)은 하나 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 즉, 복수 개의 제 2 반응 기체 공급 라인(320)이 일정한 간격으로 상기 챔버(210)와 연결될 수 있다.
또한, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)은 상기 챔버(210) 또는 상기 서셉터(220) 내에 수용되는 웨이퍼와 5㎝ 내지 10㎝의 거리를 두고 연결될 수 있다. 즉, 상기 챔버(210)와 연결되는 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)과 상기 웨이퍼 사이의 거리는 5㎝ 내지 10㎝ 일 수 있다.
또한, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)에는 제 1 가열 부재(321)에 의해 가열될 수 있다. 상기 제 1 가열 부재(321)는 저항식 발열 소자 또는 유도 코일을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제 1 가열 부재(321)는 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)을 32℃ 내지 35℃의 온도로 가열할 수 있다. 상기 가열 부재(321)에 의해 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)은 가열되고, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)을 통해 흐르는 반응 기체 중 SiHCl3·기체는 이온화될 수 있다. 이에 따라, 상기 SiHCl3·기체는 직접 상기 챔버(210) 내로 공급되어, 상기 챔버(210) 내의 웨이퍼와 반응할 수 있다.
또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 제 1 반응 기체 공급 라인(310) 및 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)에는 MFC 밸브가 위치하여, 상기 반응 기체의 공급량을 제어할 수 있다.
종래에는, 상기 제 1 반응 기체 공급 라인을 통해 상기 챔버 내로 반응 기체를 공급하고, 상기 챔버를 가열하여 상기 반응 기체가 이온화된 후, 상기 이온화된 반응 기체와 상기 웨이퍼가 반응하여 상기 웨이퍼 상에 탄화규소 에피층을 증착하였다. 그러나, 상기 이온화된 반응 기체 중 SiHCl3·기체의 경우에는 상기 챔버(210) 또는 상기 서셉터(220) 내에서 국소적인 영역(챔버의 입구 부분에서 4㎝)만을 이동하게 되고, 상기 웨이퍼까지 이동하는 양은 적어진다. 이에 따라, 상기 에피층 증착 시 중요한 인자 중 하나인 SiHCl3·기체와 웨이퍼와의 반응이 감소하므로 고품질의 탄화규소 에피층을 증착할 수 없었다.
이에 따라, 실시예에 따른 탄화규소 증착 장치는, 상기 반응 기체 공급 라인에 추가적인 증설 라인을 추가하여 SiHCl3·를 공급한다. 즉, 상기 SiHCl3·기체의 이동 경로를 감안하여 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)을 미리 가열하여 상기 SiHCl3·기체를 활성화한 후 상기 챔버(210) 또는 상기 서셉터(220)의 앞부분에서 직접 공급함으로써, 상기 SiHCl3·기체가 상기 웨이퍼와 직접 반응하는 양이 증가하게 된다. 즉, 상기 제 1 반응 기체 공급 라인(310)에 의해 투입되는 반응 기체에 의해 이온화되는 SiHCl3·를 보충할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 탄화규소 증착 장치는 SiHCl3·가상기 챔버 또는 상기 서셉터 내에서 국소적인 영역이 아닌 전체 영역에 풍부해지고, 따라서 SiHCl3·기체와 상기 웨이퍼가 충분하 반응하여 안정적인 에피층 성장이 가능하며, 고품질의 탄화규소 에피층을 증착할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여, 실시예에 따른 탄화규소 증착 방법을 설명한다. 명확하고 간략한 설명을 위하여 상기 에피층 증착 장치와 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 4를 참조하면, 실시예에 따른 탄화규소 증착 방법은, 반응 기체를 공급하는 단계(ST10); 중간 화합물을 형성하는 단계(ST20); 및 반응하는 단계(ST30)를 포함할 수 있다.
상기 반응 기체를 공급하는 단계(ST10)에서는 상기 챔버(210) 내로 반응 기체를 공급할 수 있다. 상기 반응 기체는 상기 제 1 반응 기체 공급 라인(310)과 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)에 의해 상기 챔버(210) 내로 공급될 수 있다.
앞서 설명하였듯이, 상기 제 1 반응 기체 공급 라인(310)과 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)은 상기 챔버(210)의 외부에서 서로 연결된다. 또한, 상기 제 1 반응 기체 공급 라인(310)은 상기 챔버(210)의 기체 투입부와 연결되고, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)은 상기 챔버(210)의 기체 투입부와 일정 간격, 바람직하게는 5㎝ 내지 10㎝ 이격하여 연결된다. 또한, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)은 상기 챔버(210)의 상면, 하면 및 측면 중 어느 한 면과 연결될 수 있다.
이어서, 상기 중간 화합물을 형성하는 단계(ST20)에서는 상기 반응 기체가 가열되어 중간 화합물을 형성할 수 있다.
상기 제 1 반응 기체 공급 라인(310)에서는 상기 챔버 내로 실란(SiH4), 에틸렌(C2H4) 및 염화수소(HCl) 또는 실란, 프로판(C3H8) 및 염화수소(HCl)를 공급하고, 상기 반응 기체는 상기 챔버 내에서 일정 온도 이상으로 가열되면 이온화되어 중간 화합물을 형성할 수 있다. 바람직하게는, 상기 중간 화합물은 Hx·(1≤x＜4), SiClx·(1≤x＜4) 또는 SiHClx·(1≤x＜3)를 포함할 수 있다.
상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)의 외주면에는 제 1 가열 부재에 의해 둘러싸인다. 상기 제 1 가열 부재는 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)을 32℃ 내지 35℃로 가열한다. 상기 온도 범위에서는 반응 기체 중 SiHCl3·가 이온화되고, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인에서는 이온화된 SiHCl3·기체가 직접 상기 챔버 또는 서셉터 내로 공급될 수 있다. 또한, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)은 상기 챔버의 반응 기체 투입부로부터 5㎝ 내지 10㎝ 이격하여 상기 챔버와 연결될 수 있다. 또한, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)은 하나 또는 복수의 라인으로 구성될 수 있다. 즉, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인(320)은 일정 간격으로 이격하여 복수 개의 라인이 상기 챔버와 연결될 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 탄화규소 증착 방법은 상기 SiHCl3·기체는 상기 챔버 내에서 확산 영역이 증대되므로, 상기 서셉터 내에 수용되는 상기 웨이퍼까지 도달하는 SiHCl3·기체의 양이 증가하여, 상기 웨이퍼와 반응하게 되므로 안정적인 반응이 가능하며, 고품질의 탄화규소 에피 웨이퍼를 제조할 수 있다.
이어서, 반응하는 단계(ST30)에서는, 상기 중간 화합물과 상기 웨이퍼가 성장 온도에서 반응하여 상기 웨이퍼 상에 탄화규소 에피층을 형성하여 탄화규소 에피 웨이퍼를 제조할 수 있다.
앞서 설명하였듯이, 실시예에 따른 탄화규소 증착 장치 및 탄화규소 증착 방법은 상기 반응 기체를 공급하는 반응 기체 공급 라인이 2개 이상의 라인을 포함한다. 즉, 상기 반응 기체 공급 라인은 상기 챔버의 기체 투입부와 연결되는 제 1 반응 기체 공급 라인과, 상기 챔버의 기체 투입부와 일정 간격 이격하여 연결되는 제 2 반응 기체 공급 라인을 포함한다.
또한, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인은 SiHCl3·가 이온화되는 온도로 가열될 수 있도록 외주면에 가열 부재를 포함한다.
이에 따라, 상기 반응 기체 중 상기 챔버 내로 공급되어 국부적인 영역만을 통과하는 SiHCl3·기체를 확산시킬 수 있다. 즉, 웨이퍼와 SiHCl3·기체가 반응할 수 있는 양을 증가시킬 수 있다.
따라서, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인에 의해 상기 SiHCl3· 기체가 챔버 내에서 더 긴 확산 경로를 가질 수 있고, 상기 웨이퍼까지 이동하는 SiHCl3· 기체의 양이 증대되므로 안정적인 반응을 할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 에피층 증착 장치 및 에피층 증착 방법은 상기 기판 또는 웨이퍼 상에 고품질의 에피 박막층을 형성할 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 (15)

  1. 기체 투입부와 기체 배출부를 포함하는 챔버;
    상기 챔버 내에 배치되고, 웨이퍼를 수용하는 서셉터; 및
    상기 챔버 내에 반응 기체를 공급하는 반응 기체 공급 라인을 포함하고,
    상기 웨이퍼의 직경은 50mm 이상이고,
    상기 반응 기체 공급 라인은,
    상기 기체 투입부와 연결되는 제 1 반응 기체 공급 라인; 및
    상기 제 1 반응 기체 공급 라인과 연결되고, 상기 제 1 반응 기체 공급 라인으로부터 연장되어 상기 챔버와 연결되는 제 2 반응 기체 공급 라인을 포함하고,
    상기 제 2 반응 기체 공급 라인은 제 1 가열 부재를 포함하고,
    상기 챔버 외측에는 제 2 가열 부재가 배치되고,
    상기 제 2 가열 부재의 온도는 상기 제 1 가열 부재의 온도보다 높고,
    상기 제 1 반응 기체 공급 라인에 의해 상기 챔버 내에 공급된 상기 반응 기체는, 상기 제 2 가열 부재에 의해 CHx·(1≤x＜4), SiClx·(1≤x＜4) 또는 SiHClx·(1≤x＜3)를 포함하는 중간화합물로 분해되고,
    상기 제 2 반응 기체 공급 라인은, 상기 제 1 반응 기체 공급 라인으로부터 공급받은 상기 반응 기체 중 일부가 상기 제 1 가열 부재에 의해 이온화된 SiHCl3 ·기체를 상기 챔버 내로 공급하고,
    상기 제 2 반응 기체 공급 라인은, 상기 제 1 반응 기체 공급 라인보다 상기 챔버의 내부 쪽에 위치하며, 상기 기체 투입부로부터 5㎝ 내지 10㎝ 이격하여 상기 챔버와 연결되고,
    상기 제 2 반응 기체 공급 라인은, 상기 서셉터 내에 수용되는 상기 웨이퍼와 5cm 내지 10cm의 거리를 두고 상기 챔버에 연결되고,
    상기 챔버에 연결된 상기 제 1 반응 기체 공급 라인과 상기 웨이퍼 사이의 거리는, 상기 챔버에 연결된 상기 제 2 반응 기체 공급 라인과 상기 웨이퍼 사이의 거리보다 긴 탄화규소 증착 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 반응 기체 공급 라인은 하나 또는 복수의 라인을 포함하는 탄화규소 증착 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 반응 기체 공급 라인은 상기 챔버의 상면, 하면 및 측면 중 어느 한면과 연결되는 탄화규소 증착 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 가열 부재는, 상기 제 2 반응 기체 공급 라인의 외주면을 둘러싸는 탄화규소 증착 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 반응 기체는 탄소, 규소 및 염소를 포함하는 탄화규소 증착 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 반응 기체는 실란(SiH4), 에틸렌(C2H4) 및 염화수소(HCl) 또는 실란, 프로판(C3H8) 및 염화수소(HCl)를 포함하는 탄화규소 증착 장치.
  8. 삭제
  9. 반응 기체 공급 라인을 통해 챔버 내에 반응 기체를 공급하는 단계;
    상기 반응 기체가 중간 화합물을 형성하는 단계; 및
    상기 중간 화합물과 상기 챔버 내에 위치하는 웨이퍼가 반응하여 탄화규소 에피층을 증착하는 단계를 포함하고,
    상기 챔버는 기체 투입부 및 기체 배출부를 포함하고,
    상기 웨이퍼의 직경은 50mm 이상이고,
    상기 반응 기체 공급 라인은,
    상기 챔버와 연결되는 제 1 반응 기체 공급 라인; 및
    상기 제 1 반응 기체 공급 라인과 연결되고, 상기 제 1 반응 기체 공급 라인으로부터 연장되어 상기 챔버와 연결되는 제 2 반응 기체 공급 라인을 포함하고,
    상기 제 2 반응 기체 공급 라인은 제 1 가열 부재를 포함하고,
    상기 챔버 외측에는 제 2 가열 부재가 배치되고,
    상기 제 2 가열 부재의 온도는 상기 제 1 가열 부재의 온도보다 높고,
    상기 중간 화합물을 형성하는 단계는,
    상기 제 1 반응 기체 공급 라인에 의해 상기 챔버 내에 공급된 상기 반응 기체가 상기 제 2 가열 부재에 의해 CHx·(1≤x＜4), SiClx·(1≤x＜4) 또는 SiHClx·(1≤x＜3)을 포함하는 화합물로 분해되는 단계이고,
    상기 제 2 반응 기체 공급 라인은, 상기 제 1 반응 기체 공급 라인으로부터 공급받은 상기 반응 기체 중 일부가 상기 제 1 가열 부재에 의해 이온화된 SiHCl3 ·기체를 상기 챔버 내로 공급하고,
    상기 제 2 반응 기체 공급 라인은, 상기 제 1 반응 기체 공급 라인보다 상기 챔버의 내부 쪽에 위치하며, 상기 기체 투입부로부터 5cm 내지 10cm 이격하여 상기 챔버와 연결되고,
    상기 제 2 반응 기체 공급 라인은, 상기 서셉터 내에 수용되는 상기 웨이퍼와 5cm 내지 10cm의 거리를 두고 상기 챔버에 연결되고,
    상기 챔버에 연결된 상기 제 1 반응 기체 공급 라인과 상기 웨이퍼 사이의 거리는, 상기 챔버에 연결된 상기 제 2 반응 기체 공급 라인과 상기 웨이퍼 사이의 거리보다 긴 탄화규소 증착 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1 가열 부재는 상기 제 2 반응 기체 공급 라인을 32℃ 내지 35℃로 가열하는 탄화규소 증착 방법.
  11. 삭제
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1 반응 기체 공급 라인은 상기 챔버 내로 실란(SiH4), 에틸렌(C2H4) 및 염화수소(HCl) 또는 실란, 프로판(C3H8) 및 염화수소(HCl)를 공급하는 탄화규소 증착 방법.
  13. 삭제
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 제 2 반응 기체 공급 라인은 하나 또는 복수 개의 라인을 포함하는 탄화규소 증착 방법.
  15. 삭제
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