KR101339580B1 - 소이 웨이퍼의 에피층 제조방법 - Google Patents

소이 웨이퍼의 에피층 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소이 웨이퍼 위에 에피층을 균일한 두께와 평면도를 가지도록 성장시킬 수 있는 소이 웨이퍼의 에피층 제조방법에 관한 것이다.
볼 발명은 소스 기체가 유입되는 동안 소이 웨이퍼의 중심부를 원주부보다 높은 온도로 가열하고, 소이 웨이퍼의 원주부를 중심부보다 높은 온도로 가열함으로써, 증착 초기에 많이 발생되던 소이 웨이퍼의 슬립을 저감시킬 뿐 아니라 불량률을 줄일 수 있고, 소이 웨이퍼의 에피층 두께를 균일하게 유지할 뿐 아니라 평면도를 높일 수 있어 품질을 보증할 수 있다.
또한, 본 발명은 소이 웨이퍼의 상/하면에서 중심부/원주부를 나누어 가열하는 램프들 및 이로 공급되는 전원을 조절함으로써, 소스 기체가 소이 웨이퍼에 증착되는 위치 및 두께를 조절할 수 있기 때문에 손쉽게 원하는 사양의 에피층을 형성한 소이 웨이퍼를 제작할 수 있다.

Description

소이 웨이퍼의 에피층 제조방법 {MANUFACTURING METHOD FOR EPITAXIAL SOI WAFER MANUFACTURING APPARATUS}
본 발명은 소이 웨이퍼 위에 에피층을 균일한 두께와 평면도를 가지도록 성장시킬 수 있는 소이 웨이퍼의 에피층 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 실리콘 웨이퍼는 다결정의 실리콘을 원재료로 하여 만들어진 결정 실리콘 박판으로써, 처리 방법에 따라 폴리시드 웨이퍼(Polished wafer), 에피택셜 웨이퍼(Epitaxial wafer), 소이 웨이퍼(Silicon on insulator wafer), 디퓨즈드 웨이퍼(Diffused wafer) 및 하이 웨이퍼(HI wafer) 등으로 구분된다.
에피텍셜 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼 표면에 또 다른 단결정층인 에피층을 성장시킨 것으로써, 표면 결함이 적고, 불순물의 농도나 종류의 제어가 가능한 특성을 갖는다. 이때, 에피층은 순도가 높고, 결정 특성이 우수하며, 고집적화되고 있는 반도체 장치의 수율 및 소자 특성 향상에 유리한 장점이 있다.
소이 웨이퍼 (Silicon-on-insulator wafer)는 절연막 위에 실리콘 단결정층이 있는 구조의 웨이퍼로 흔히 SOI라는 약어로 불린다. 회로를 형성하는 기판 표면과 하층 사이에 얇은 절연막층이 있기 때문에 기생 용량(parasitic capacitance)이 감소되어 소자의 성능을 높일 수 있는 특징이 있다. 같은 전압에서 동작 속도를 빠르게 할 수 있고, 같은 속도에서 전원 전압을 낮게 할 수 있다.
이와 같은 소이 웨이퍼에 에피층을 형성하여 사용되기도 하는데, 최근 웨이퍼의 직경이 대형화됨에 따라 웨이퍼의 원주 부분까지 균일한 두께와 평면도를 갖는 에피층을 형성하는 것이 어려워지고 있다. 따라서, 웨이퍼의 에피층을 균일하게 형성하기 위하여 웨이퍼 표면에 증착될 소스 기체의 유동을 조절한다.
그런데, 소이 웨이퍼는 Top Si층, Box(매몰산화층), Si 기판으로 이루어지며, 매몰산화층과 Si의 열전도도 및 열팽창계수가 다르기 때문에 에피층을 형성하기 위한 화학적 기상 증착(Chemical vapor deposition : CVD)과 같은 열공정 하에서 일반적인 실리콘 웨이퍼와 다른 열분포를 나타낸다.
따라서, 일반 실리콘 웨이퍼와 같은 조건 즉, 온도 환경에서 소이 웨이퍼에 에피층을 증착시키는 경우, 소이 웨이퍼의 열적 분포가 일반 실리콘 웨이퍼와 다르기 때문에 열적 스트레스로 인하여 소이 웨이퍼의 원주부에 슬립(Slip)이 발생되거나, 소이 웨이퍼의 중심부와 원주부에서 두께(Thickness) 및 평면도(Flatness)가 균일하지 않을 뿐 아니라 설정값에 맞추기 어려우며, 이로 인하여 제조된 웨이퍼의 품질이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 에피층을 소이 웨이퍼에 증착시키더라도 슬립의 발생을 저감시킬 수 있는 소이 웨이퍼의 에피층 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 에피층을 소이 웨이퍼에 증착시키더라도 에피층을 균일한 두께와 평면도로 형성시킬 수 있는 소이 웨이퍼의 에피층 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다
본 발명은 소이 웨이퍼가 로딩되는 로딩 단계; 상기 로딩 단계에서 로딩된 소이 웨이퍼로 소스 기체가 주입됨에 따라 에피층이 성장되는 증착단계; 상기 증착단계의 초기 제1설정시간(t1) 동안 소이 웨이퍼의 중심부를 소이 웨이퍼의 원주부보다 높은 온도로 가열하는 제1가열단계; 및 상기 제1가열단계 후 상기 증착단계가 완료되는 제2설정시간(t2) 동안 소이 웨이퍼의 원주부를 소이 웨이퍼의 중심부보다 높은 온도로 가열하는 제2가열단계;를 포함하고, 상기 제1가열단계는 소이 웨이퍼의 상/하면을 가열하는 상/하부 램프들로 공급된 전체 전원에 대해 소이 웨이퍼의 하면을 가열하는 하부 램프들로 공급된 전원을 72 ~ 78% 범위로 제어하는 과정을 포함하는 소이 웨이퍼 에피층 제조방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 로딩 단계는 소이 웨이퍼가 회전 가능하게 지지되는 과정을 포함할 수 있다.
삭제
또한, 본 발명에서, 상기 제1가열단계는 소이 웨이퍼의 하면을 가열하는 하부 램프들로 공급된 전원에 대해 소이 웨이퍼의 하면 중심부를 가열하는 하부 내부 램프로 공급된 전원을 17 ~ 27% 범위로 제어하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 제1가열단계는 소이 웨이퍼의 하면 원주부를 가열하는 하부 외부 램프로 공급된 전원에 대해 소이 웨이퍼의 하면 중심부를 가열하는 하부 내부 램프로 공급된 전원을 21 ~ 37% 범위로 제어하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 제2가열단계는 소이 웨이퍼의 하면 원주부를 가열하는 하부 외부 램프로 공급된 전원에 대해 소이 웨이퍼의 하면 중심부를 가열하는 하부 내부 램프로 공급된 전원을 21% 이하로 제어하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 소이 웨이퍼의 에피층 제조장치 및 그 제조방법은 에피층을 소이 웨이퍼에 증착시키는 초기 설정시간 동안 원주부에 슬립이 많이 발생되던 소이 웨이퍼의 중심부를 원주부보다 높은 온도로 가열하도록 전원을 제어하기 때문에 원주부의 슬립의 발생을 저감시키고, 이로 인하여 불량률을 저감시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 소이 웨이퍼의 에피층 제조장치 및 그 제조방법은 에프층을 소이 웨이퍼에 증착시키는 동안 소이 웨이퍼의 중심부와 원주부를 가열하는 램프들로 공급되는 전원을 순차적으로 다르게 제어하기 때문에 소이 웨이퍼 전체에 균일한 두께와 평면도를 가진 에피층을 형성시킬 수 있고, 이로 인하여 제작된 웨이퍼의 품질 신뢰성을 높일 수 있으며, 램프들로 공급된 전원에 따라 소이 웨이퍼에 형성되는 에피층의 두께와 평면도를 손쉽게 제어할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 소이 웨이퍼의 에피층 제조장치가 도시된 도면.
도 2는 본 발명에 따른 소이 웨이퍼의 에피층 제조방법이 도시된 순서도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 소이 웨이퍼의 에피층 제조장치의 하부 램프들에 공급된 전원 변화에 따른 소이 웨이퍼의 에피층 슬립 발생양상이 도시된 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 소이 웨이퍼의 에피층 제조장치의 전체 램프들로 공급된 전원 변화에 따른 소이 웨이퍼의 에피층 슬립 발생양상이 도시된 도면.
도 5는 종래 및 본 발명에 따른 소이 웨이퍼의 에피층 제조방법으로 증착된 에피층의 두께가 도시된 그래프.
도 6a 및 도 6b는 종래 및 본 발명에 따른 소이 웨이퍼의 에피층 제조방법으로 증착된 에피층의 평면도가 도시된 맵.
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.
도 1은 본 발명에 따른 소이 웨이퍼의 에피층 제조장치가 도시된 도면이다.
본 발명에 따른 소이 웨이퍼의 에피층 제조장치는 도 1에 도시된 바와 같이 소이 웨이퍼(W)가 올려지는 회전판(110)과, 상기 회전판(110)의 상측에서 복사 열로 소이 웨이퍼(W)의 상면을 가열하는 상부 램프들(120)과, 상기 회전판(110)의 하측에서 복사 열로 상기 회전판(110) 및 소이 웨이퍼(W)의 하면을 가열하는 하부 램프들(130)과, 상기 램프들(120,130)로 공급되는 전원을 에피층 증착이 이루어지는 동안 순차적으로 제어하는 전원 제어부(140)를 포함할 수 있다.
상기 회전판(110)은 원판 형상으로써, 상면에 소이 웨이퍼(W)가 안착될 수 있다. 이때, 상기 회전판(110)의 하면 중앙에는 회전축(111)이 구비되며, 상기 회전축(111)을 구동하는 구동 모터(미도시)와 연결될 수 있다. 물론, 상기 회전판(110)과 회전축(111) 사이에는 상기 회전판(110)을 보다 안정적으로 지지하기 위하여 회전판(110)의 원주부에 일정 간격으로 지지되는 복수개의 지지대(미도시)가 설치될 수 있으며, 본 발명 및 도면에서는 생략하기로 한다.
상기 상부 램프들(120)은 소이 웨이퍼(W)의 상면 중심부를 가열하도록 상기 회전판(110)의 중심부 측 상부에 구비된 상부 내부 램프(121)와, 소이 웨이퍼(W)의 상면 원주부를 가열하도록 상기 회전판(110)의 원주부 측 상부에 구비된 상부 외부 램프(122)로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 상부 램프들(120)은 근접 또는 접촉하도록 설치되지만, 상기 전원 제어부(140)에 의해 별도로 공급된 전원에 의해 작동될 수 있다.
상기 하부 램프들(130)은 소이 웨이퍼(W)의 중심부를 가열하도록 상기 회전판(110)의 하면 중심부 측 하부에 구비된 하부 내부 램프(131)와, 소이 웨이퍼(W)의 하면 원주부를 가열하도록 상기 회전판(110)의 원주부 측 하부에 구비된 하부 외부 램프(132)로 이루어질 수 있다. 마찬가지로, 상기 하부 램프들(130)은 근접 또는 접촉하도록 설치되지만, 상기 전원 제어부(140)에 의해 별도로 공급된 전원에 의해 작동될 수 있다.
이와 같은 램프들(120,130)은 공급 전원에 따라 가열 정도가 달라지도록 구성되며, 일예로 할로겐 램프가 적용되지만, 다양한 형태의 램프가 적용될 수 있다.
상기 전원 제어부(140)는 상기 램프들(120,130)로 공급되는 전원을 에피층이 증착되는 동안 설정시간에 따라 순차적으로 제어하게 되는데, 소이 웨이퍼(W) 주변에 소스 기체가 투입되는 시점을 기준으로 전원을 제어하게 된다. 물론, 상기 전원 제어부(140)는 소이 웨이퍼(W)에 소스 기체가 투입되기 전에도 소이 웨이퍼(W)가 위치한 챔버 공간 및 소이 웨이퍼를 가열하기 위하여 상기 램프들(120,130)로 전원을 공급한다.
이때, 상기 전원 제어부(140)는 전체 램프들(120,130)로 공급할 수 있는 전원의 크기를 상기 상부 램프들(120)과 하부 램프들(130)로 공급할 수 있는 비율로 나누고, 이에 따라 결정된 상기 상부 램프들(120)로 공급할 수 있는 전원의 크기를 상기 상부 내부 램프(121)와 상부 외부 램프(122)로 공급할 수 있는 비율로 나누며, 이에 따라 결정된 상기 하부 램프들(130)로 공급할 수 있는 전원의 크기를 상기 하부 내부 램프(131)와 하부 외부 램프(132)로 공급할 수 있는 비율로 나누도록 설정된다.
다만, 하기에서 설명될 상기 내부 램프들(121,131)로 공급되는 전원의 크기는 상기 상부 내부 램프(121)와 하부 내부 램프(131)로 각각 공급되는 전원의 크기를 합한 값을 말하며, 상기 외부 램프들(122,132)로 공급되는 전원의 크기 역시 상부 외부 램프(122)와 하부 외부 램프(132)로 각각 공급되는 전원의 크기를 합한 값을 말한다.
상세하게, 소이 웨이퍼(W)가 상기 회전판(110)에 로딩된 시점부터 에피층이 증착되는 초기 시점까지인 제1설정시간(t1) 동안, 상기 전원 제어부(140)는 소이 웨이퍼(W)의 중심부가 원주부보다 높은 온도로 가열되도록 상기 하부 내부 램프들(131)로 공급되는 전원의 크기를 높여준다. 이때, 상기 회전판(110)에 올려진 웨이퍼는 상기 상부 램프들(121,122)에 비해 상기 회전판(110) 바로 아래에 위치하는 상기 하부 램프들(131,132)의 의한 온도 영향을 많이 받는다. 즉, 상기 회전판(110)에 올려진 웨이퍼는 상기 상부 램프들(121,122)로부터 복사 열전달 받는 반면, 상기 하부 램프들(131,132)로부터 상기 회전판(110)을 통하여 전도 열전달 받기 때문에 상기 하부 램프들(131,132)에 의한 열전달이 더 크게 일어난다. 따라서, 에피층을 증착시키는 초기에는 상기 하부 내부 램프(131)에 공급된 전원의 크기가 일반적인 에피 제품 진행시 공급되는 하부 내부 램프(131)에 공급된 전원의 크기보다 더 크기 때문에 소이 웨이퍼의 원주부로 열이 더 집중되고, 원주부로 전달되는 열이 줄어듦에 따라 소이 웨이퍼의 원주부에서 열적 스트레스에 의해 많이 발생되는 슬립(Slip)의 발생을 현저하게 줄일 수 있다.
이후, 소이 웨이퍼(W)에 에피층이 증착되는 초기 시점인 제1설정시간(t1) 이후부터 에피 공정이 완료된 시점까지인 제2설정시간(t2) 동안에는, 상기 전원 제어부(140)는 소이 웨이퍼(W)의 원주부가 중심부보다 높은 온도로 가열되도록 상기 외부 램프들(122,132)로 공급되는 전원의 크기를 상기 내부 램프들(121,131)로 공급되는 전원의 크기보다 크도록 제어한다. 따라서, 초기 제1설정시간(t1) 동안에 소이 웨이퍼(W)의 중심부에 에피층이 두껍게 증착되더라도 이후 제2설정시간(t2) 동안에 소이 웨이퍼(W)의 원주부에 에피층을 두껍게 증착되도록 하여 두께와 평면도를 균일하게 유지시킬 수 있다. 이때, 상기 제1설정시간(t1)은 전체 에피층 층착시간의 20~25%에 해당되는 시간이며, 상기 제2설정시간(t2)는 나머지 75~80%에 해당되는 시간이다.
이와 같이, 전원을 조절하더라도 기존의 에피 제품 진행시 사용되는 전원 크기에 비하여 상기 하부 내부 램프(131)로 공급되는 전원의 크기가 크게 형성되는데, 이는 소이 웨이퍼(W)의 원주부에 슬립이 가장 많이 발생되는 것을 방지하기 위하여 소이 웨이퍼(W)의 중심부를 비교적 높은 온도를 유지시키는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 상기 전원 제어부(140)에 의해 슬립이 발생되지 않을 뿐 아니라 에피층의 두께와 평면도를 균일하게 유지하기 위하여 실제 상기 램프들(120,130)로 공급되는 전원의 크기를 한정하는 범위는 하기에서 자세하게 설명될 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 소이 웨이퍼의 에피층 제조방법이 도시된 순서도이다.
본 발명에 따른 소이 웨이퍼의 에피층 제조방법을 도 1 내지 도 2를 참조하여 살펴보면, 소이 웨이퍼(W)가 로딩되고, 소스 기체가 유입됨에 따라 에피층의 증착이 이루어진다.(S1,S2 참조)
이때, 소이 웨이퍼(W)는 500℃ 정도의 챔버 내부에 위치한 상기 회전판(110) 위에 안착된 후, 상기 램프들(120,130)의 복사열에 의해, 챔버 및 소이 웨이퍼(W),가 가열되며, 베이크(Bake)는 공정온도가 1100 ~ 1300℃ 정도에서 이루어진다.
이와 같이, 소이 웨이퍼(W)의 베이크 후, 후속으로 진행되는 에피층 성장(Deposition) 시의 공정온도에 따라 상기 램프들(120,130)로 공급되는 전원을 조절하여 챔버 내부의 온도를 단계적으로 조절하게 된다. 이후, 소스 기체가 챔버 내부로 유입되는 동시에 상기 회전판(110)이 회전됨에 따라 소스 기체가 소이 웨이퍼(W)의 표면에서 에피층으로 성장한다.
다음, 제1설정시간(t1) 동안, 소이 웨이퍼(W)의 중심부를 원주부보다 높은 온도로 가열한다.(S3,S4 참조)
이때, 상기 제1설정시간(t1)은 소이 웨이퍼(W)가 로딩되는 시점부터 소이 웨이퍼(W)에 에피층이 증착되는 초기 시점까지를 말한다.
또한, 소이 웨이퍼(W)의 중심부를 원주부보다 높은 온도로 가열하기 위하여 상기 하부 램프들(131,132)로 공급되는 전원의 크기는 상기 상부 램프들(121,122)로 공급되는 전원의 크기보다 훨씬 높게 설정하는데, 바람직하게는 상기 상/하부 램프들로 공급되는 전원의 크기에 대해 상기 하부 램프들로 공급되는 전원의 크기를 72 ~ 78% 범위로 조정할 수 있다. 이때, 상기 하부 램프들(131,132)에서 발생된 열은 상기 회전축(110)을 거쳐 웨이퍼로 직접 전달되기 때문에 상기 상부 램프들(121,122)보다 상기 하부 램프들(131,132)의 열전달 영향을 더 많이 받게 됨에 따라 이를 조정하는 것이 바람직하다.
또한, 소이 웨이퍼(W)의 중심부를 원주부보다 높은 온도로 가열하기 위하여상기 하부 내부 램프(131)로 공급되는 전원의 크기를 기존에 비해 높게 설정하는데, 바람직하게는 상기 하부 램프들(131,132)에 공급되는 전원의 크기에 대해 상기 하부 내부 램프(131)로 공급되는 전원의 크기를 17 ~ 27% 로 조정하거나, 상기 하부 외부 램프(132)로 공급되는 전원에 대해 상기 하부 내부 램프(131)로 공급되는 전원의 크기를 21 ~ 37% 로 조정할 수 있다.
다음, 제2설정시간(t2) 동안, 소이 웨이퍼(W)의 원주부를 중심부보다 높은 온도로 가열한다.(S5,S6 참조)
이때, 상기 제2설정시간(t2)은 상기 제1설정시간(t1) 경과 후부터 소이 웨이퍼(W)에 에피층의 증착이 완료된 시점까지를 말한다.
또한, 소이 웨이퍼(W)의 원주부를 중심부보다 높은 온도로 가열하기 위하여 상기 하부 외부 램프(132)로 공급되는 전원의 크기가 상기 하부 내부 램프(131)로 공급되는 전원의 크기보다 더 높게 제어하며, 바람직하게는 상기 하부 외부 램프(132)로 공급되는 전원에 대해 상기 하부 내부 램프(131)로 공급되는 전원의 크기를 21% 이하로 조정할 수 있다.
이와 같이, 에피층이 설정 두께로 소이 웨이퍼(W)에 증착되면, 소스 기체 유입이 중단되고, 에피 공정이 완료된다.(S7 참조)
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 소이 웨이퍼의 에피층 제조장치의 하부 램프들에 공급된 전원 변화에 따른 소이 웨이퍼의 에피층 슬립 발생양상이 도시된 도면이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 소이 웨이퍼의 에피층 제조장치의 전체 램프들로 공급된 전원 변화에 따른 소이 웨이퍼의 에피층 슬립 발생양상이 도시된 도면이다.
본 발명에 따른 소이 웨이퍼의 에피층 제조장치는 램프들로 공급된 전원을 적절하게 조절함으로써, 소이 웨이퍼의 슬립이 발생되지 않을 뿐 아니라 에피층의 두께 및 평면도를 균일하게 유지할 수 있다. 이와 같이, 램프들로 공급되는 전원의 크기를 반복적인 실험을 통하여 다음과 같이 한정할 수 있다.
하기에서 언급될 수치들은 제1설정시간(t1) 동안 램프들로 공급된 전원을 제어하는 비율과, 제2설정시간(t2) 동안 램프들로 공급된 전원을 제어하는 비율로 표시되며, 제2설정시간(t2) 동안 일반적인 에피 웨이퍼를 제작할 때에 사용하는 조건이 적용된다. 이때, 일반적인 에피 웨이퍼를 제작할 때에 사용하는 조건은, 상/하부 램프들로 공급될 수 있는 전원의 크기에 대해 하부 램프들로 공급된 전원의 크기를 58%, 상부 램프들로 공급될 수 있는 전원의 크기에 대해 상부 내부 램프로 공급된 전원의 크기를 72%, 하부 램프들로 공급될 수 있는 전원의 크기에 대해 하부 내부 램프로 공급되는 전원의 크기를 17.5%로 제어된다. 이때, 하부 외부 램프의 공급 전원에 대한 하부 내부 램프의 공급 전원은 약 21%를 유지한다.
도 3a 내지 도 3b에 도시된 수치를 살펴보면, 제1설정시간(t1) 동안 상/하부 램프들로 공급될 수 있는 전원의 크기에 대해 하부 램프들로 공급된 전원의 크기를 76%, 상부 램프들로 공급될 수 있는 전원의 크기에 대해 상부 내부 램프로 공급된 전원의 크기를 58%, 하부 램프들로 공급될 수 있는 전원의 크기에 대해 하부 내부 램프로 공급되는 전원의 크기를 17% 에서 27%로 조정하였다.
즉, 하부 램프들로 공급될 수 있는 전원의 크기에 대해 하부 내부 램프로 공급된 전원의 크기를 17% 이하로 낮게 할수록 소이 웨이퍼의 원주부에 307mm 이상의 슬립이 발생되고, 그 전원의 크기를 27% 이상으로 높게 할수록 소이 웨이퍼의 중심부에 460mm 이상의 슬립이 발생된다. 따라서, 소이 웨이퍼의 하부 중심부로 공급된 열이 과도하게 적을수록 소이 웨이퍼의 원주부에 열적 스트레스가 집중됨에 따라 소이 웨이퍼의 원주부에 슬립이 발생되고, 소이 웨이퍼의 하부 중심부로 공급된 열이 과도하게 많을수록 소이 웨이퍼의 중심부에 열적 스트레스가 집중됨에 따라 소이 웨이퍼의 중심부에 슬립이 발생될 수 있으며, 상기에서 언급한 범위 내에서 적절하게 한정되는 것이 바람직하다.
도 4a 내지 도 4b에 도시된 수치를 살펴보면, 제1설정시간(t2) 동안 상/하부 램프들로 공급될 수 있는 전원의 크기에 대해 하부 램프들로 공급된 전원의 크기를 79% 에서 71%, 상부 램프들로 공급될 수 있는 전원의 크기에 대해 상부 내부 램프로 공급된 전원의 크기를 58%, 하부 램프들로 공급될 수 있는 전원의 크기에 대해 하부 내부 램프로 공급되는 전원의 크기를 18%로 조정하였다.
즉, 상/하부 램프들로 공급될 수 있는 전원의 크기에 대해 하부 램프들로 공급된 전원의 크기를 79% 이상으로 높게 할수록 소이 웨이퍼의 중심부에 40mm 이상의 슬립이 발생되고, 그 전원의 크기를 71% 이하로 낮게 할수록 소이 웨이퍼의 원주부에 1606mm 이상의 슬립이 발생된다. 따라서, 소이 웨이퍼의 하부에서 공급된 열이 과도하게 많을수록 소이 웨이퍼의 중심부에 열적 스트레스가 집중됨에 따라 소이 웨이퍼의 중심부에 슬립이 발생되고, 소이 웨이퍼의 하부에서 공급된 열이 과도하게 적을수록 소이 웨이퍼의 원주부에 열적 스트레스가 집중됨에 따라 소이 웨이퍼의 원주부에 슬립이 발생될 수 있으며, 상기에서 언급한 범위 내에서 적절하게 한정되는 것이 바람직하다.
결과적으로, 에피층을 증착시키는 초기의 제1설정시간(t1) 동안 전체 램프들의 공급 전원에 대해 하부 램프들의 공급 전원은 72 ~ 78% 범위로 한정되며, 하부 램프들의 공급 전원에 대해 하부 내부 램프의 공급 전원은 17 ~ 27% 범위로 한정될 수 있다. 이때, 하부 외부 램프의 공급 전원에 대한 하부 내부 램프의 공급 전원은 21 ~ 37% 범위로 한정될 수 있으며, 이는 기존에 비해 높게 설정된 것이다.
도 5는 종래 및 본 발명에 따른 소이 웨이퍼의 에피층 제조방법으로 증착된 에피층의 두께가 도시된 그래프이고, 도 6a 및 도 6b는 종래 및 본 발명에 따른 소이 웨이퍼의 에피층 제조방법으로 증착된 에피층의 평면도가 도시된 맵이다.
종래에 따른 소이 웨이퍼의 에피층 제조방법은 램프들로 공급되는 전원을 한 단계로만 제어한 것으로써, 상/하부 램프들로 공급될 수 있는 전원의 크기에 대해 하부 램프들로 공급된 전원의 크기를 58%, 상부 램프들로 공급될 수 있는 전원의 크기에 대해 상부 내부 램프로 공급된 전원의 크기를 72%, 하부 램프들로 공급될 수 있는 전원의 크기에 대해 하부 내부 램프로 공급되는 전원의 크기를 17.5%로 제어하면서 에피층을 성장시킨 것이다.
본 발명에 따른 소이 웨이퍼의 에피층 제조방법은 램프들로 공급되는 전원을 두 단계로 제어한 것으로써, 제1설정시간(t1) 동안 상/하부 램프들로 공급될 수 있는 전원의 크기에 대해 하부 램프들로 공급된 전원의 크기를 76%, 상부 램프들로 공급될 수 있는 전원의 크기에 대해 상부 내부 램프로 공급된 전원의 크기를 58%, 하부 램프들로 공급될 수 있는 전원의 크기에 대해 하부 내부 램프로 공급되는 전원의 크기를 26%로 제어하여 소이 웨이퍼에 슬립을 발생시키지 않는 조건 하에서 소이 웨이퍼의 원주부보다 중심부에 에피층을 보다 두껍게 성장시킨 다음, 제2설정시간(t2) 동안 상/하부 램프들로 공급될 수 있는 전원의 크기에 대해 하부 램프들로 공급된 전원의 크기를 58%, 상부 램프들로 공급될 수 있는 전원의 크기에 대해 상부 내부 램프로 공급된 전원의 크기를 72%, 하부 램프들로 공급될 수 있는 전원의 크기에 대해 하부 내부 램프로 공급되는 전원의 크기를 17.5%로 제어하여 소이 웨이퍼의 중심부보다 원주부에 에피층을 보다 두껍게 성장시켜 전체적인 두께를 맞추어준다.
도 5에 도시된 바와 같이 종래의 제조방법에 따라 제작된 소이 웨이퍼의 에피층은 중심부 측의 두께가 급격하게 두꺼운 반면, 본 발명의 제조방법에 따라 제작된 소이 웨이퍼의 에피층은 중심부 측의 두께가 상대적으로 낮아진 것을 볼 수 있다. 보통, 에피층의 두께 균일도(Thickness Uniformity)로 평균 3% 이내를 만족해야 품질을 보증할 수 있는데, 종래 기술에 따라 제작된 소이 웨이퍼의 에피층 두께 균일도는 3.59%로 품질을 보증하기 어려운 반면, 본 발명에 따라 제작된 소이 웨이퍼의 에피층 두께 균일도는 2.62%로 품질을 보증할 수 있다.
또한, 보통 소이 웨이퍼의 에피층 평면도(Flatness)는 SFQR(Site Frontside Least Squares Focal Plane Range metric)값으로 표시하며, SFQR Max 0.16㎛ 이내를 만족해야 품질을 보증할 수 있다.
도 6a에 도시된 바와 같이 종래의 제조방법에 따라 제작된 소이 웨이퍼의 에피층은 SFQR Max 0.20 ~ 0.25㎛ 수준으로 품질을 보증할 수 없는 반면, 본 발명의 제조방법에 따라 제작된 소이 웨이퍼의 에피층 평면도는 SFQR Max 0.08 ~ 0.10㎛ 수준으로 개선되었을 뿐 아니라 품질을 보증할 수 있다.
본 발명은 소스 기체가 유입되는 동안 소이 웨이퍼의 중심부를 원주부보다 높은 온도로 가열하고, 소이 웨이퍼의 원주부를 중심부보다 높은 온도로 가열함으로써, 증착 초기에 많이 발생되던 소이 웨이퍼의 슬립을 저감시킬 뿐 아니라 불량률을 줄일 수 있고, 소이 웨이퍼의 에피층 두께를 균일하게 유지할 뿐 아니라 평면도를 높일 수 있어 품질을 보증할 수 있다.
또한, 본 발명은 소이 웨이퍼의 상/하면에서 중심부/원주부를 나누어 가열하는 램프들 및 이로 공급되는 전원을 조절함으로써, 소스 기체가 소이 웨이퍼에 증착되는 위치 및 두께를 조절할 수 있기 때문에 손쉽게 원하는 사양의 에피층을 형성한 소이 웨이퍼를 제작할 수 있다.
110 : 회전판 120 : 상부 램프
130 : 하부 램프 140 : 전원 제어부

Claims (6)

  1. 소이 웨이퍼가 로딩되는 로딩 단계;
    상기 로딩 단계에서 로딩된 소이 웨이퍼로 소스 기체가 주입됨에 따라 에피층이 성장되는 증착단계;
    상기 증착단계의 초기 제1설정시간(t1) 동안 소이 웨이퍼의 중심부를 소이 웨이퍼의 원주부보다 높은 온도로 가열하는 제1가열단계; 및
    상기 제1가열단계 후 상기 증착단계가 완료되는 제2설정시간(t2) 동안 소이 웨이퍼의 원주부를 소이 웨이퍼의 중심부보다 높은 온도로 가열하는 제2가열단계;를 포함하고,
    상기 제1가열단계는 소이 웨이퍼의 상/하면을 가열하는 상/하부 램프들로 공급된 전체 전원에 대해 소이 웨이퍼의 하면을 가열하는 하부 램프들로 공급된 전원을 72 ~ 78% 범위로 제어하는 과정을 포함하는 소이 웨이퍼 에피층 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로딩 단계는 소이 웨이퍼가 회전 가능하게 지지되는 과정을 포함하는 소이 웨이퍼 에피층 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1가열단계는 소이 웨이퍼의 하면을 가열하는 하부 램프들로 공급된 전원에 대해 소이 웨이퍼의 하면 중심부를 가열하는 하부 내부 램프로 공급된 전원을 17 ~ 27% 범위로 제어하는 과정을 포함하는 소이 웨이퍼 에피층 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1가열단계는 소이 웨이퍼의 하면 원주부를 가열하는 하부 외부 램프로 공급된 전원에 대해 소이 웨이퍼의 하면 중심부를 가열하는 하부 내부 램프로 공급된 전원을 21 ~ 37% 범위로 제어하는 과정을 포함하는 소이 웨이퍼 에피층 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2가열단계는 소이 웨이퍼의 하면 원주부를 가열하는 하부 외부 램프로 공급된 전원에 대해 소이 웨이퍼의 하면 중심부를 가열하는 하부 내부 램프로 공급된 전원을 21% 이하로 제어하는 과정을 포함하는 소이 웨이퍼 에피층 제조방법.

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