KR100839990B1 - 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기 - Google Patents
이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100839990B1 KR100839990B1 KR1020060110677A KR20060110677A KR100839990B1 KR 100839990 B1 KR100839990 B1 KR 100839990B1 KR 1020060110677 A KR1020060110677 A KR 1020060110677A KR 20060110677 A KR20060110677 A KR 20060110677A KR 100839990 B1 KR100839990 B1 KR 100839990B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- reaction tube
- quartz reaction
- vapor deposition
- deposition reactor
- hydride vapor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 58
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 35
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 title claims abstract description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 96
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 81
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 81
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 42
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 26
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims description 31
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 22
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 20
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 20
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 3
- 230000029087 digestion Effects 0.000 claims 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 39
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 7
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 7
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 5
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M chlorogallium Chemical compound [Ga]Cl XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000002248 hydride vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 3
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N gallium phosphide Chemical compound [Ga]#P HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001534 heteroepitaxy Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45563—Gas nozzles
- C23C16/45568—Porous nozzles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
- C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
- C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
- C23C16/4584—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally the substrate being rotated
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
본 발명은 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기에 관한 것으로, 전기로와, 상기 전기로 내부에 설치되며, 소스 공급영역과 후막 성장영역을 가진 석영반응관을 포함하는 수소화물기상증착 반응기에 있어서, 상기 석영반응관을, 저항가열되는 소스 공급영역의 메인 석영반응관과 유도가열장치에 의해 유도가열되는 후막 성장영역의 서브 석영반응관으로 구분형성하여 구성하여 기판 표면의 전 영역에 걸쳐 균일하게 후막을 증착할 수 있도록 한 것이다.
수소화물기상증착 반응기, 전기로, 석영반응관, 서셉터, 유도코일
Description
도 1은 종래의 수평형 수소화물기상증착 반응기의 개략도
도 2는 본 발명에 의한 수소화물기상증착 반응기의 개략 단면도
도 3은 본 발명에 의한 수소화물기상증착 반응기의 내부 개략도
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
1 : 전기로 2 : 서브 석영반응관
3 : 메인 석영반응관 4 : 서셉터
5 : 유도코일 6 : 모터
7 : 정화가스 주입구 8 : 암모니아 반응가스 분사장치
9 : 금속갈륨 10 : 기판
21 :후막 성장영역 22 : 소스 공급영역
31 : 암모니아 가스 주입구 32 : 염화수소 가스 주입구
33 : 반응가스 배기구
본 발명은 반도체 소자의 에피택셜 성장을 위한 에피택시 장비에 관한 것으로, 특히 소스 공급영역과 후막 성장영역의 온도제어를 별도로 할 수 있고, 기판에 가해지는 반응가스를 최적화할 수 있는 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기에 관한 것이다.
일반적으로 반도체는 원자재인 기판에 확산, 사진, 식각, 박막공정을 여러 차례 반복하여 진행하면서 전기회로를 구성하는 과정을 거쳐 제조된다.
반도체 생산에 가장 기초적이면서 중요한 기판(Substrate)은 전자소자의 품질에 결정적인 영향을 주므로 기판의 재질과 품질은 매우 중요하다. 종래의 질화갈륨(GaN) 화합물 박막성장은 질화갈륨(GaN) 박막성장에서 동종접합(Homoepitaxy)에 필요한 기판의 부재로 대부분 사파이어(Al2O3), 갈륨비소(GaAs), 탄화규소(SiC), 인화갈륨(GaP), 규소(Si) 등의 기판에 성장을 시키는 이종접합(Heteroepitaxy)공정을 사용하고 있다.
그러나 기판에 화학기상증착(CVD : Chemical Vapor Phase Deposition)공정으로 이종재질의 박막을 성장시킬 경우, 격자상수(Lattice Constant)와 열팽창계수(Thermal Coefficient)의 차이로 인하여 박막의 품질향상에 한계가 있는 반면, 전자소자를 개발연구하는 그룹에서는 소자의 특성상 높은 품질의 기판이 요구되므로 고품질의 질화물 기판을 제작하는 공정의 필요성이 발생한다.
이에 따라, 고품질의 질화물 기판을 생산하는 공정으로 수소화물기상증착(HVPE:Hydride Vapor Phase Epitaxy)기를 이용하여 고품질의 후막을 성장시킨 후 에 기판으로 사용할 수 있는 두께로 얇게 절단하여 질화물 반도체용 기판을 생산하면 경제적이면서 효율적으로 생산할 수 있다.
화학기상증착법의 하나인 수소화물기상증착(HVPE)법은 반응관 내로 주입된 가스의 열분해와 재 반응성을 이용하여 가열된 기판상에 후막을 형성하는 방법으로서, 반응관 내로 암모니아와 염화수소(HCL) 가스를 주입하여 Ⅲ족 소스와 염산가스의 화학반응으로 생성된 반응가스와 암모니아 가스가 열분해 및 화학반응을 하여 기판 위에 질화물 후막이 성장되도록 하는 것이다. 이는 질화물 성장효율이 높아서 성장속도가 매우 빨라 다른 성장 방법에 비해 유지비 및 생산원가가 매우 저렴하고, 비교적 간단한 동작원리로 유지관리가 쉽다.
종래의 수소화물기상증착 반응기는 도 1에 도시된 바와 같이, 수평(또는 수직)으로 원통형의 전기로(Furnace)를 단일 가열원으로 하고 있으며, 전기로 내부에 원통형의 석영반응관을 기밀이 유지되도록 장치하여 사용한다. 상기 원통형의 석영반응관의 온도는 전기로 내부에 있는 열선을 가열(저항가열)하여 석영반응관 내부를 간접적으로 가열 및 온도를 제어하며, 가열된 내부에 금속갈륨(Molten Metal Gallium)을 장착하여 염화수소(HCL) 가스와 암모니아(NH3) 가스를 주입하면 GaCl과 NH3의 열분해 및 재반응으로 기판(Substrate) 표면에 질화물 후막(GaN 박막)이 형성된다.
그러나 전기로를 사용할 경우 간접적으로 석영반응관을 가열하여 석영반응관의 온도를 승온/냉각시키는 시간이 길어서 가열 및 냉각에 따른 불필요한 반응이 발생한다. 또한 공정의 특성상 각 구간(zone) 별로 온도차이를 크게 해야될 필요가 있지만, 전기로는 옆 구간 온도의 영향이 커서 구간별로 온도차이를 크게 유지하는데 한계가 있다.
즉, 금속갈륨(Metal Gallium)이 있는 구간(소스 공급영역(Source Zone))은 약 800~900도 정도 유지를 해야 하며, 기판(substrate)이 있는 구간(후막 성장영역(Growth Zone))의 온도는 1100~1300도의 온도가 필요하지만 전기로를 사용할 경우 짧은 거리에서 이러한 온도차이를 유지하기가 곤란하다.
따라서 고품질의 질화물 후막을 성장시키기 위해서는 서셉터 및 주변의 한정된 영역에서 특정온도로 제어가 되어야 하는데, 종래의 상기와 같은 저항가열 방식의 전기로는 온도제어에 한계가 있으며, 상기 한정된 영역 이외가 고온으로 가열이 될 경우, 부반응(parasitic reaction,副反應)으로 많은 공정부산물이 발생하여 유지관리비가 상승된다.
또한, 원통형의 전기로 내부에 석영반응관이 위치하고, 전기로의 온도를 상승시켜 석영반응관 내부의 온도를 유지하는 원리이지만, 석영재질의 온도는 1150도에서 물성 값이 급격히 감소하여 반응관으로 사용할 수 없게 되므로 반응관 내부의 온도를 1200도 이상 고온으로 후막을 성장시킬 필요가 있을 경우에는 석영반응관을 사용할 수 없다.
상기한 수소화물기상증착 반응기의 중요한 특징은 가스흐름 특성이다. 종래의 석영반응관은 원통형으로 제작되어 있어, 다수개의 기판에 동시에 성장시킬 수 있는 대용량 반응관으로 제작할 경우 반응관의 직경도 비례하여 증가한다. 따라서 화학반응에 필요한 공간 이외의 공간이 발생하며, 이 공간에서 부반응(副反應)이 발생하여 공정부산물이 증가한다.
또한, 반응가스가 고온으로 가열되면서, 내부의 공간에 필요 이상의 공간 발생으로 반응가스의 대류(convection)현상이 발생한다. 반응관 내부의 반응가스의 유동은 유체의 각 부분들이 서로 얽힘이 없이 질서 정연하게 흐르는 층류흐름(Laminar Flow)이 이상적인 흐름이지만, 상기 대류현상은 이러한 층류흐름을 방해한다. 즉, 고온으로 가열된 가스가 하부에서 상부로 유동하는 수직방향의 유동이 생기게 되어 수평방향의 유동인 층류흐름을 방해하게 되는 것이다.
상술한 도 1의 전기로는 속이 빈 원통형으로 형성되어 그 속이 빈 내부에 원통형의 석영반응관이 설치되어 구성된 일반적인 화학기상증착기의 구조를 나타내는 것으로, 이러한 구조는 다수개의 기판을 동시에 성장하기 어려운 구조이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 소스 공급영역(Source Zone)을, 온도를 일정하게 유지할 수 있으며 반응가스를 용이하게 가열할 수 있는 저항가열방식으로 하고, 후막 성장영역(Growth Zone)을, 고온을 달성할 수 있으며 가열 및 냉각을 신속하게 할 수 있는 유도가열방식으로 하는 별도의 온도제어 방식에 의해 후막 성장영역의 반응온도 조건을 최적화할 수 있는 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 다른 목적은 석영반응관을 사각형 구조로 형성하여 기판에 후막을 증착하기 위한 반응가스의 층류흐름을 방해하는 대류현상을 억제하고, 가열효율을 극대화하는 한편, 부반응을 최소화하며, 석영반응관에서 암모니아 가스를 다수의 분사관을 가진 반응가스 주입구를 통해 분사하여 기판의 전 영역에 균일한 조성의 가스를 주입하여 반응가스의 농도차이를 최소화하며, 기판이 장착된 서셉터는 일정한 속도로 회전시킴으로써 기판 표면 전 영역의 후막 두께 균일화를 통해 품질향상을 달성할 수 있는 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기를 제공함에 있다.
상술한 본 발명의 목적은,
(1) 전기로와, 상기 전기로 내부에 설치되며, 소스 공급영역과 후막 성장영역을 가진 석영반응관을 포함하는 수소화물기상증착 반응기에 있어서, 상기 석영반응관을, 저항가열되는 소스 공급영역의 메인 석영반응관과 유도가열장치에 의해 유도가열되는 후막 성장영역의 서브 석영반응관으로 구분형성한 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기에 의해 달성된다.
(2) 본 발명의 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기는 상기 (1)에 있어서, 상기 유도가열되는 후막 성장영역에 다수의 분사관을 가진 암모니아 반응가스 분사장치를 설치한 것을 특징으로 한다.
(3) 본 발명의 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기는 상기 (2)에 있어서, 상기 분사관은 유도가열되는 후막 성장영역의 기판에 대향되어 설치되는 것을 특징으로 한다.
(4) 본 발명의 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기는 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 전기로와 이 전기로의 내부에 설치되는 메인 석영반응관을 사 각형으로 형성하고, 상기 서브 석영반응관을 상기 전기로 밖으로 노출시킨 것을 특징으로 한다.
(5) 본 발명의 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기는 상기 (4)에 있어서, 상기 메인 석영반응관과 서브 석영반응관을 일체로 형성한 것을 특징으로 한다.
(6) 본 발명의 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기는 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 유도가열장치는 유도가열용 유도코일과 이 유도코일에 의해 가열되는 서셉터와 이 서셉터를 회전시키는 모터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
(7) 본 발명의 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기는 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 유도가열장치는 메인 석영반응관의 반응가스의 유동에 영향을 미치지 않도록 서브 석영반응관에 설치한 것을 특징으로 한다.
(8) 본 발명의 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기는 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 메인 석영반응관의 반응가스에 의한 유도가열장치의 부식 및 코팅을 방지하기 위한 정화가스 주입구를 상기 서브 석영반응관에 설치한 것을 특징으로 한다.
이하에서, 본 발명의 상세한 기술구성과 이에 따른 작용효과를 첨부한 도면에 의거하여 자세하게 기술하기로 한다.
도 2와 도 3은 본 발명에 의한 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기의 개략 단면도와 내부 개략도이다.
이에 나타낸 바와 같이, 본 발명은 종래의 전기로에 의한 저항가열방식에 기 판의 온도제어를 위한 유도가열장치가 추가된 것으로, 넓은 영역인 메인 석영반응관(3)은 일정한 온도 유지 및 반응가스(암모니아 가스 및 염화수소 가스)의 용이한 가열을 위하여 전기로(1)에 의해 저항가열하고, 좁은 영역인 서브 석영반응관(2)은 고온 달성에 유리하고, 국부의 신속한 가열(승온) 및 신속한 냉각을 위하여 서셉터(Susceptor)(4), 유도코일(5)과, 모터(6)로 이루어진 유도가열장치에 의해 유도가열하는 이중가열방식을 채택한 수소화물기상증착 반응기이다.
즉, 본 발명의 수소화물기상증착 반응기는 전기로(1)의 속이 빈 내부에 설치되는 석영반응관을, 저항가열되는 소스 공급영역(금속갈륨(9)이 설치되는 영역)(22)과 메인 석영반응관(3)과 유도가열되는 후막 성장영역(기판(10)이 설치되는 영역)(21)의 서브 석영반응관(2)으로 구분형성된 것이다.
그리고 암모니아 가스의 층류흐름(Laminar Flow)을 유도하기 위해서 다수개의 분사관(8a)을 가진 암모니아 반응가스 분사장치(Shower Head)(8)가 메인 석영반응관(3)의 내부에 설치되는데, 이 암모니아 반응가스 분사장치(8)의 분사관(8a)은 유도가열되는 후막 성장영역(21)의 기판(10)에 대향되어 설치된다.
상기 암모니아 반응가스 분사장치(8)의 분사관(8a)에 의해 분사되는 암모니아 가스는 기판(10)의 전 영역에 걸쳐 일정하면서 균일하게 직접 분사되므로 기판(10)의 전 영역에서 암모니아 가스의 농도차이가 최소화되어 후막 두께의 균일화에 따른 고품질의 후막을 성장시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 전기로(1)와 메인 석영반응관(3)을 사각형으로 형성하되, 상기 전기로(1)의 일측에 구멍을 형성하고, 이 구멍에 서브 석영반응관(2)을 위치시켜 상기 서브 석영반응관(2)을 상기 전기로(1) 밖으로 노출시켜 구성한다. 여기서, 상기 메인 석영반응관(3)과 서브 석영반응관(2)은 일체로 형성되어 기밀이 유지된다.
상기 서브 석영관(2)은 도 2에서와 같이 원통형으로 형성하는 것이 바람직하지만, 이에 국한 되는 것은 아니다.
이렇게 메인 석영반응관(3)을 종래의 원통형 구조와 달리 사각형 구조로 형성하면, 원통형 구조보다 높이가 낮아지게 되어 화학반응에 필요한 공간 이외의 화학반응에 불필요한 공간이 최소화됨에 따라 종래와 같은 대류현상이 억제됨으로써 이상적인 층류흐름이 형성되게 된다.
즉, 종래의 석영반응관은 원통형 구조이기 때문에 다수개의 기판을 동시에 성장시키기 위해서 그 크기를 크게 제작하면 할수록 그 직경도 덩달아 커지기 때문에 화학반응에 필요한 공간 이외의 공간이 발생하게 됨에 따라 이 불필요한 공간에 의해 대류현상이 발생하여 층류흐름을 방해하고, 부반응이 발생하여 공정부산물이 증가하게 된다.
하지만, 본 발명의 메인 석영반응관(3)을 불필요한 공간을 최소한도로 줄일 수 있는 사각형 구조로 형성함에 따라 종래의 원통형 구조보다 공간이 축소되어 불필요한 공간이 줄어들게 되고, 이에 따라 가열효율이 극대화되고, 불필요한 공간에서 발생하는 대류현상이 억제되어 층류흐름을 원활하게 할 수 있고, 또한 부반응이 억제되어 공정부산물의 발생을 최소화할 수 있어 유지관리비를 절감할 수 있게 된다.
한편, 상기한 서브 석영반응관(2)에는 후막 성장영역의 원활한 온도제어를 할 수 있도록 함과 동시에 서셉터(4) 및 기판(10)의 온도분포를 높게 함으로서 최적의 반응조건을 이룰 수 있는 유도가열장치가 설치된다.
상기 유도가열장치는 국부가열을 위한 유도가열용 유도코일(5)과 이 유도코일(5)에 의해 가열되는 서셉터(4)와 이 서셉터를 회전시키는 모터(6)로 구성되어 메인 석영반응관(3)의 반응가스의 유동에 영향을 미치지 않도록 서브 석영반응관(2)에 설치되는데, 상기 유도코일(5) 위에 서셉터(4)가 설치되고, 이 서셉터(4) 위에 기판(10) 이 설치되며, 상기 서셉터(4)는 모터(6)와 이 모터(6)에 연결된 회전축(4a)에 의해 일정한 속도로 회전된다.
이렇게 기판(10)이 설치되어 유도코일(5)에 의해 가열되는 서셉터(4)가 일정한 속도로 회전되면서 기판(10)에 다수개의 분사관(8a)을 통해 암모니아 가스가 균일하게 분사됨으로써 후막 두께가 균일화되고, 이에 따라 후막의 품질이 향상되어 고품질의 후막을 성장시킬 수 있는 것이다.
상술했듯이 상기 서브 석영반응관(2)은 메인 석영반응관(3)과 일체로 제작되는데, 그 이유는 일체로 제작하지 않고 조립식으로 제작하여 전기로(1)에 의해 500도 이상의 고온으로 가열되는 메인 석영반응관(3)과 서브 석영반응관(2)을 일반적인 고무재질(250도 이상의 고온에서 사용할 수 없다)로 기밀하게 되면, 고온으로 가열된 메인 석영반응관(3)의 고온에 의해 고무가 녹아버려 쉽게 기밀부분이 손상되고, 또한, 고온에서 사용할 수 있는 재질은 탄성이 없어서 메인 석영반응관(3) 내부의 기밀을 유지시키는 방법으로 적합하지 않기 때문에 쉽게 기밀을 유지하기 곤란하기 때문이다.
따라서 메인 석영반응관(3)에 서브 석영반응관(2)을 연결부위가 최소화되는 일체형으로 제작하여 기밀유지가 쉽게 이루어지도록 함으로써, 반응가스의 가스누출을 방지하고 유지관리가 쉽게 이루어지도록 한 것이다.
그리고 본 발명의 유도가열장치는 금속성 재질이기 때문에 메인 석영반응관(3)의 반응가스에 취약해 쉽게 부식 및 코팅이 발생되므로, 반응가스로부터 유도가열장치를 보호하기 위해 별도의 정화가스(질소 또는 아르곤)를 석영반응관에 유입시켜야 한다. 따라서 본 발명에서는 유도가열장치(서셉터(4),유도코일(5),서셉터 회전축(4a)) 보호용 정화가스 주입구(7)가 상기 서브 석영반응관(2)의 하단부에 설치된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 수소화물기상증착 반응기의 메인 석영반응관(3)에 염화수소 가스 주입구(32)를 통해 염화수소(HCl) 가스를 주입하면, 소스 공급영역(22)에 설치된 금속갈륨(9)과 반응하여 염화물인 GaCl 반응물이 생성되며, 암모니아 가스 주입구(32)를 통하여 유입되어 암모니아 반응가스 분사장치(8)의 분사관(8a)에서 분사되는 암모니아 가스와 상기 GaCl 가스가 서셉터(8) 위에 장착된 다수개의 기판(10) 상에서 열분해 및 재반응되어 기판(10)에 질화물 후막(GaN 박막)을 형성한다. 이렇게 반응에 관여하고 남은 반응가스는 반응가스 배기구(33)를 통하여 배출된다.
이때, 유도가열장치의 유도코일(5)에 의해 서셉터(4)가 고온으로 가열되어 서셉터(4) 및 기판(10)의 온도분포가 높아져 최적의 반응조건을 이룬 상태에서 상기 서셉터(4)는 모터(6)에 의해 일정한 속도로 회전하게 되고, 상기 기판(10)은 분사관(8a)에 대향되어 있기 때문에 상기 분사관(8a)에 의해 암모니아 가스가 기판(10)의 전 영역에 걸쳐 분사되면서 기판(10)의 전 영역에 암모니아 가스의 농도차이가 최소화되는 균일한 조성으로 가해짐에 따라 후막 두께가 균일해지고, 이에 따라 고품질의 후막을 성장시킬 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 수소화물기상증착 반응기는 금속 갈륨과 염화수소 가스가 반응된 GaCl 가스와 별도로 주입된 암모니아 가스에 의하여 후막이 형성되는데, 후막 형성에 영향을 주는 요소는 석영반응관 내부에서의 반응가스의 흐름, 반응된 가스의 농도(조성비), 석영반응관의 내부 분위기 온도, 기판의 온도와 밀접한 관계가 있다.
따라서 후막 형성에 영향을 주는 요소를 어떻게 효과적으로 제어할 수 있는가에 따라서 고품질의 후막을 형성할 수 있으므로, 본 발명에 의한 수소화물증착기를 이용하여 상기한 요소를 효과적으로 제어함으로써 두께가 균일한 고품질의 후막을 성장시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기를 소스 공급영역과 기판 위에 후막이 형성되는 후막 성장영역을 별도의 가열방식으로 가열하는 이중구조 가열방식으로 구성하여 온도제어를 별도로 함으로써 소스 공급영역에서는 저항가열방식의 장점인 넓은 범위에서의 균일한 온도 분포 및 쉽게 반응가스를 가열할 수 있게 하고, 후막 성장영역은 유도가열방식에 의해 서셉터 주변의 좁은 영역에서의 온도 균일도 향상, 빠른 승온 및 냉각이 가능하게 된다. 이러 한 이중구조 가열방식으로 온도를 각각 쉽게 제어함으로써, 불필요한 부반응을 감소시켜며, 최적의 반응온도 조건을 유지할 수 있다.
그리고 사각형 구조로 메인 석영관을 제작하여 반응가스가 가열되면서 발생하는 대류현상을 억제할 수 있어 후막 두께의 균일도 및 품질향상을 달성할 수 있다.
또한, 사각형 메인 석영관의 반응가스의 유동에 영향이 없게 유도가열장치를 서브 석영관에 위치하여 최적의 유동을 형성시킬 수 있으며, 유도가열장치가 장착되는 서브 석영반응관과 메인 석영반응관을 일체형으로 제작하여 가열된 메인 석영관의 기밀이 곤란한 부분을 제거하여 유지관리가 쉽고, 고온에서 가스누출 가능성을 줄였다.
또한, 메인 석영반응관 내부의 다수의 분사관을 가진 암모니아 반응가스 분사장치에 의해 분사되는 암모니아 가스는 기판 표면의 전 영역에 걸쳐 일정하면서 균일한 조성으로 분사되므로 암모니아 가스의 농도차이가 최소화되고, 이에 따라 후막 두께의 균일도 향상과 고품질의 후막을 기대할 수 있다.
Claims (8)
- 전기로와, 상기 전기로 내부에 설치되며, 소스 공급영역과 후막 성장영역을 가진 석영반응관을 포함하는 수소화물기상증착 반응기에 있어서, 상기 석영반응관을, 저항가열되는 소스 공급영역의 메인 석영반응관과 유도가열장치에 의해 유도가열되는 후막 성장영역의 서브 석영반응관으로 구분형성한 것을 특징으로 하는 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기.
- 청구항 1에 있어서, 상기 유도가열되는 후막 성장영역에 다수의 분사관을 가진 암모니아 반응가스 분사장치를 설치한 것을 특징으로 하는 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기.
- 청구항 2에 있어서, 상기 분사관은 유도가열되는 후막 성장영역의 기판에 대향되어 설치되는 것을 특징으로 하는 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기.
- 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 전기로와 이 전기로의 내부에 설치되는 메인 석영반응관을 사각형으로 형성하고, 상기 서브 석영반응관을 상기 전기로 밖으로 노출시킨 것을 특징으로 하는 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기.
- 청구항 4에 있어서, 상기 메인 석영반응관과 서브 석영반응관을 일체로 형성 한 것을 특징으로 하는 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기.
- 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 유도가열장치는 유도가열용 유도코일과 이 유도코일에 의해 가열되는 서셉터와 이 서셉터를 회전시키는 모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기.
- 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 유도가열장치는 메인 석영반응관의 반응가스의 유동에 영향을 미치지 않도록 상기 서브 석영반응관에 설치한 것을 특징으로 하는 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기.
- 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 메인 석영반응관의 반응가스에 의한 유도가열장치의 부식 및 코팅을 방지하기 위한 정화가스 주입구를 상기 서브 석영반응관에 설치한 것을 특징으로 하는 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060110677A KR100839990B1 (ko) | 2006-11-09 | 2006-11-09 | 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060110677A KR100839990B1 (ko) | 2006-11-09 | 2006-11-09 | 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20080042364A KR20080042364A (ko) | 2008-05-15 |
| KR100839990B1 true KR100839990B1 (ko) | 2008-06-19 |
Family
ID=39649090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020060110677A Expired - Fee Related KR100839990B1 (ko) | 2006-11-09 | 2006-11-09 | 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100839990B1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11329991A (ja) | 1998-05-11 | 1999-11-30 | Sony Corp | 急速加熱処理装置及びその方法 |
| KR20010101007A (ko) * | 1998-11-13 | 2001-11-14 | 추후 | 반도체 기판 열처리용 장치 및 방법 |
| KR20040103725A (ko) * | 2003-06-02 | 2004-12-09 | 주식회사 엘리아테크 | 이중 가열법에 의한 유기 전계 발광 소자의 유기막 증착장치 및 방법 |
-
2006
- 2006-11-09 KR KR1020060110677A patent/KR100839990B1/ko not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11329991A (ja) | 1998-05-11 | 1999-11-30 | Sony Corp | 急速加熱処理装置及びその方法 |
| KR20010101007A (ko) * | 1998-11-13 | 2001-11-14 | 추후 | 반도체 기판 열처리용 장치 및 방법 |
| KR20040103725A (ko) * | 2003-06-02 | 2004-12-09 | 주식회사 엘리아테크 | 이중 가열법에 의한 유기 전계 발광 소자의 유기막 증착장치 및 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20080042364A (ko) | 2008-05-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101094913B1 (ko) | Iii-v 족 반도체 물질을 형성하기 위한 제조 공정 시스템 | |
| KR101353334B1 (ko) | 갈륨 질화물 증착에서의 반응 가스 감소 | |
| JP5244814B2 (ja) | 化学気相成長チャンバ用の温度制御されたパージゲート弁を使用した方法、アセンブリ及びシステム | |
| JP4945185B2 (ja) | 結晶成長方法 | |
| US20150167161A1 (en) | Gas injection components for deposition systems and related methods | |
| US20110259879A1 (en) | Multi-Zone Induction Heating for Improved Temperature Uniformity in MOCVD and HVPE Chambers | |
| WO2011011532A2 (en) | Hollow cathode showerhead | |
| JP2005528777A (ja) | 反転型ｃｖｄのための装置 | |
| KR101205436B1 (ko) | 화학 기상 증착 장치 | |
| KR102489127B1 (ko) | 질화갈륨 단결정 성장을 위한 하이드라이드 기상 증착 장비 | |
| US20200173023A1 (en) | SiC CHEMICAL VAPOR DEPOSITION APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING SiC EPITAXIAL WAFER | |
| JP2008516877A (ja) | ＧａＮ結晶またはＡｌＧａＮ結晶の製造法 | |
| KR100578089B1 (ko) | 수소화물기상증착 반응기 | |
| JP5443223B2 (ja) | 気相成長装置および窒化物系半導体発光装置の製造方法 | |
| KR100839990B1 (ko) | 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기 | |
| KR100840767B1 (ko) | 질화갈륨 반도체기판 제조장치 및 그 제조방법 | |
| US9577143B1 (en) | Backflow reactor liner for protection of growth surfaces and for balancing flow in the growth liner | |
| KR102489015B1 (ko) | 질화갈륨 단결정 성장을 위한 하이드라이드 기상 증착 장비 | |
| KR102536978B1 (ko) | 질화갈륨 단결정 성장을 위한 하이드라이드 기상 증착 장비 | |
| JP5759690B2 (ja) | 膜の形成方法、半導体装置の製造方法及び基板処理装置 | |
| WO2011108640A1 (ja) | 結晶成長装置、窒化物系化合物半導体結晶の製造方法及び窒化物系化合物半導体結晶 | |
| JP5251720B2 (ja) | 化学気相成長半導体膜形成装置および化学気相成長半導体膜形成方法 | |
| KR102165760B1 (ko) | Hvpe반응기 | |
| KR100975835B1 (ko) | 인듐을 이용한 저온에서의 나노 구조체 제조방법 | |
| JP2017135170A (ja) | 気相成長装置及び気相成長方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20061109 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20071113 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20080327 |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20080613 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20080616 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20110610 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120614 Year of fee payment: 5 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20120614 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee | ||
| PC1903 | Unpaid annual fee |