KR100703214B1 - Mocvd of planetary type - Google Patents
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Abstract
챔버의 주변부로부터 중심 부근으로 화학적 증착 가스가 흐르도록 함으로써 기판상에 균일한 막의 성장을 이룰 수 있는 유성형 화학 기상 증착 장치가 제공된다.Provided is a planetary chemical vapor deposition apparatus capable of achieving uniform film growth on a substrate by allowing a chemical deposition gas to flow from the periphery of the chamber to the vicinity of the center.
본 발명은, 다수의 기판이 장착된 회전판을 구비한 챔버; 상기 챔버의 주변부에 배열된 가스 도입 구; 상기 회전판의 중앙에 형성된 가스 배출구; 상기 기판의 반응 온도를 조절하기 위한 가열 수단; 및 상기 챔버의 내부에서 기판에 회전을 부여하는 기판 회전 수단;을 포함하고 상기 챔버의 주변부로부터 중심으로 가스가 흐르면서 증착이 이루어지는 유성형 화학 기상 증착 장치를 제공한다.The present invention provides a chamber having a rotating plate on which a plurality of substrates are mounted; A gas introduction port arranged at the periphery of the chamber; A gas outlet formed at the center of the rotating plate; Heating means for adjusting a reaction temperature of the substrate; And a substrate rotating means for imparting rotation to the substrate inside the chamber, and providing a planetary chemical vapor deposition apparatus in which a vapor is deposited while a gas flows from the periphery of the chamber to the center.
본 발명에 의하면 성장 압력을 올려도 가스 밀도는 높게 안되어서 격렬한 기상 반응은 발생하지 않고, 760 Torr 등으로 고압 성장시켜도 Al나 Mg를 GaN막 중에 충분히 함유시킬 수 있는 효과를 얻는다.According to the present invention, even if the growth pressure is increased, the gas density is not high, and no vigorous gas phase reaction occurs, and even if it is grown at a high pressure of 760 Torr or the like, the Al / Mg can be sufficiently contained in the GaN film.
챔버, 화학적 증착 가스, 화학 기상 증착 장치, 기판 회전 수단, 기상 반응 Chamber, chemical vapor deposition gas, chemical vapor deposition apparatus, substrate rotating means, vapor phase reaction
Description
제 1도는 종래의 기술에 따른 유성형 화학 기상 증착 장치를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a planetary chemical vapor deposition apparatus according to the prior art.
제 2도는 종래의 기술에 따른 유성형 화학 기상 증착 장치에서 화학적 증기 가스의 흐름을 도시한 사시도.Figure 2 is a perspective view showing the flow of chemical vapor gas in the planetary chemical vapor deposition apparatus according to the prior art.
제 3도는 종래의 기술에 따른 유성형 화학 기상 증착 장치에서 화학적 증기 가스의 흐름에 대한 Al 및 Mg 농도 분포를 챔버의 중앙으로부터 주변부로 향하는 방향에서 도시한 그래프도.3 is a graph showing the Al and Mg concentration distributions for the flow of chemical vapor gas in the direction from the center of the chamber to the periphery in the planetary chemical vapor deposition apparatus according to the prior art.
제 4도는 본 발명에 따른 유성형 화학 기상 증착 장치를 도시한 단면도.4 is a cross-sectional view showing the planetary chemical vapor deposition apparatus according to the present invention.
제 5도는 본 발명에 따른 유성형 화학 기상 증착 장치에서 화학적 증기 가스의 흐름을 도시한 사시도.5 is a perspective view showing the flow of chemical vapor gas in the planetary chemical vapor deposition apparatus according to the present invention.
제 6도는 본 발명에 따른 유성형 화학 기상 증착 장치에서 가스 도입구 부분의 유로 단면적이 가스 배출구 부분의 유로 단면적 보다 크게 형성된 것을 도시한 단면도.6 is a cross-sectional view showing that the flow path cross-sectional area of the gas inlet portion is larger than the flow path cross-sectional area of the gas outlet portion in the planetary chemical vapor deposition apparatus according to the present invention.
제 7도는 본 발명에 따른 유성형 화학 기상 증착 장치에서 가스 도입구 부분의 유로 단면적이 가스 배출구 부분의 유로 단면적 보다 작게 형성된 것을 도시한 단면도.7 is a cross-sectional view showing that the flow path cross-sectional area of the gas inlet portion is smaller than the flow cross-sectional area of the gas outlet portion in the planetary chemical vapor deposition apparatus according to the present invention.
제 8도는 본 발명에 따른 유성형 화학 기상 증착 장치에서 N2, H2, NH3 가 유입되는 다공성 유로를 구비하고, 가스 도입 구측으로 N2, H2, MO 가 유입되는 분할 유로의 구조를 도시한 단면도.8 is N 2 , H 2 , NH 3 in the planetary chemical vapor deposition apparatus according to the present invention Has a porous flow path into which N 2 , H 2 , and MO Sectional drawing which shows the structure of the division flow path which flows in.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명> <Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1..... 본 발명에 따른 유성형 화학 기상 증착 장치1 ..... Planetary chemical vapor deposition apparatus according to the present invention
5..... 기판 10.... 챔버5 ..... substrate 10 .... chamber
12.... 가스 도입 구 14.... 가스 배출구12 .... gas inlet 14 .... gas outlet
17.... 회전판 24.... 중공형 회전축17 .... rotating plate 24 .... hollow rotating shaft
30.... 가열 수단 40.... 기판 회전 수단30 .... heating means 40 .... substrate rotating means
42.... 구동 모터 44.... 베벨 구동 기어42 .... drive motor 44 .... bevel drive gear
46.... 베벨 종동 기어 55.... 다공성 유로46 .... Bevel driven gear 55 .... Porous Euro
100.... 종래의 기술에 따른 유성형 화학 기상 증착 장치100 .... Planetary chemical vapor deposition apparatus according to the prior art
105.... 기판 110.... 챔버(Chamber)105 .... Substrate 110 .... Chamber
112.... 기체 유입구 114.... 기체 배출구112 .... gas inlet 114 .... gas outlet
117.... 회전판 120.... 가열 수단117 .... tumblers 120 .... heating means
A.... 가스 도입구 유로 단면적 B.... 가스 배출구 유로 단면적A .... Gas inlet flow path cross section B .... Gas outlet flow path cross section
본 발명은 다수의 기판상에 고온의 화학 기상 증착을 이루는 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 여러 기판의 전면에 화학 기상 증착을 형성하는 경우, 챔버의 주변부로부터 중심 부근으로 화학적 증착 가스가 흐르도록 함으로써 기판상에 균일한 막의 성장을 이룰 수 있는 유성형 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for forming a high temperature chemical vapor deposition on a plurality of substrates, and more particularly, when forming a chemical vapor deposition on the front surface of a plurality of substrates, the chemical vapor deposition gas flows from the periphery of the chamber to the vicinity of the center A planetary chemical vapor deposition apparatus capable of achieving uniform film growth on a substrate.
일반적으로 화학적 기상 증착(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Phase Deposition)은 여러 가지 기판상에 다양한 결정 막을 성장시키는 데 주요한 방법으로 사용되고 있다. 일반적으로 액상 성장법에 비해, 성장시킨 결정의 품질이 뛰어나지만, 결정의 성장 속도가 상대적으로 느린 단점이 있다. 이것을 극복하기 위해 한 번의 성장 싸이클에서 여러 장의 기판상에 동시에 성장을 실행하는 방법이 널리 채택되고 있다.In general, metal organic chemical vapor phase deposition (MOCVD) is used as a main method for growing various crystal films on various substrates. In general, compared to the liquid phase growth method, the quality of the grown crystals is superior, but the growth rate of the crystals is relatively slow. To overcome this, the method of simultaneously growing on several substrates in one growth cycle is widely adopted.
그러나, 상기와 같이 여러 장의 기판상의 동시에 막을 성장시키는 경우, 각 기판상에서 성장한 결정 막에 대하여 동일한 품질을 보장하기 위해서는, 각 기판의 온도와 여러 기판상의 반응 기체의 흐름을 동일하게 유지해야 한다. However, when the film is grown simultaneously on several substrates as described above, in order to ensure the same quality for the crystal film grown on each substrate, the temperature of each substrate and the flow of the reaction gas on the various substrates must be kept the same.
이러한 목적을 달성하기 위한 방법으로는, 여러 개의 주입 관을 사용하여 각 기판상의 가스 흐름을 비슷하게 하는 방법, 또는 여러 기판을 하나의 회전축을 중심으로 방사상으로 배열하고 전체의 기판을 동일 축 상에서 회전시키는 방법(공전) 과, 각각의 기판을 독립적으로 회전(자전)하는 방법 등이 있으며, 이러한 종래의 방식은 때로는 개별적으로, 때로는 복합적으로 사용되었다.To achieve this goal, several injection tubes can be used to achieve a similar gas flow on each substrate, or multiple substrates can be arranged radially about one axis of rotation and the entire substrate rotated on the same axis. Methods (spinning), and methods of independently rotating (rotating) each substrate, and the like, and these conventional methods are sometimes used individually or sometimes in combination.
그렇지만, 여러 기판을 하나의 회전축 상에 배열하고, 반응 가스 중 최소 하나 이상의 가스가 회전축 상에서 방사상으로 퍼져나가는 형태의 구조에서는, 기판 전체를 동시에 회전(공전)시킴으로써 반응 기체의 분포를 회전축을 중심으로 동심원상에 위치시켜 가스의 흐름을 동일하게 유지할 수 있으나, 하나의 기판상에서 회전축 상에 가까이 놓인 부분과 먼 부분 사이에서 일어나는 반응 기체의 농도의 차를 피할 수 있는 방법은 없는데, 이 경우 여러 기판들을 각각 그 중심축을 기준으로 하여 회전(자전)시키는 것이 좋은 해결 방법이 된다. However, in a structure in which several substrates are arranged on one axis of rotation, and at least one or more of the reaction gases are radially spread out on the axis of rotation, the distribution of the reaction gas is rotated about the axis of rotation by rotating the entire substrate simultaneously. It is possible to keep the gas flow the same by placing them in a concentric circle, but there is no way to avoid the difference in the concentration of the reaction gas occurring between the part located on the rotation axis and the part far away on the rotation axis. It is a good solution to rotate (rotate) each about its central axis.
또한, 이러한 기상 증착에는 일반적으로 주입 가스가 기판상에서 반응하기 위하여 기판을 고온의 성장 온도로 유지하는 것이 필요한데, 이에 따라 기판의 지지부도 또한 고온으로 유지하는 것이 필요하다. 그렇지만, 이러한 온도 유지 조건은 각각의 기판의 공전 및 자전을 동시에 실행하는 데 있어 여러 가지 어려움을 야기한다. 그리고, 고온에서는 일반적으로 많이 사용되는 금속 물질에 기반한 기어 구조를 사용하는 데에는 많은 제약이 수반되어 구체적으로 실현되기 힘들다. In addition, such vapor deposition generally requires maintaining the substrate at a high growth temperature in order for the injected gas to react on the substrate, and therefore, the support of the substrate also needs to be maintained at a high temperature. However, these temperature holding conditions cause various difficulties in simultaneously executing the revolution and rotation of each substrate. In addition, the use of a gear structure based on a metal material which is generally used at high temperature is accompanied by a lot of constraints, which makes it difficult to be concretely realized.
종래의 기술에 따른 유성형 화학 기상 증착 장치(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 중앙의 상부에 기체 유입구(112)가 형성되고, 일측으로 기체 배출 구(114)가 형성된 챔버(Chamber)(110)를 갖는다.As shown in FIGS. 1 and 2, the planetary chemical vapor deposition apparatus 100 according to the related art includes a chamber in which a gas inlet 112 is formed at an upper portion thereof and a gas outlet 114 is formed at one side thereof. Chamber 110).
상기 챔버(110)의 외부에는 기판(105)에 화학적 증기(Chemical Vapor)를 제공하는 기체 공급수단(미 도시)이 배치되고, 상기 기체 유입구(112)를 통하여 화학적 증기가 유입되며, 이는 기체 배출구(114)를 통하여 챔버(110)로부터 배출된다.A gas supply means (not shown) for providing chemical vapor to the substrate 105 is disposed outside the chamber 110, and chemical vapor is introduced through the gas inlet 112, which is a gas outlet. It is discharged from the chamber 110 through 114.
이러한 종래의 기술에 따른 유성형 화학 기상 증착 장치(100)는 챔버(110)에 형성된 기체 유입구(112)가 챔버(110)의 상부 중앙에 위치되고, 기판(105)이 장착된 회전판(117)의 중앙으로부터 외주 측으로 흐른 다음, 챔버(110)의 하부 또는 타 측방에 배치된 기체 배출구(114)를 통하여 외부로 배출되는 구조이다.In the conventional chemical vapor deposition apparatus 100 according to the related art, the gas inlet 112 formed in the chamber 110 is positioned at the upper center of the chamber 110, and the rotary plate 117 on which the substrate 105 is mounted. After flowing from the center to the outer circumferential side, the structure is discharged to the outside through the gas outlet 114 disposed on the lower or the other side of the chamber 110.
그리고, 상기 기체로부터 기판(105) 또는 웨이퍼 상에 증착이 이루어지도록 하는 유지하는 가열 수단(120)을 구비한다. 상기 가열 수단(120)은 전기히터, 고주파유도, 적외선방사, 레이저 등이 있을 수 있으며, 이는 상기 챔버(110)의 내,외부에 선택적으로 위치되는 것이다.And heating means 120 for retaining deposition from the substrate onto the substrate 105 or wafer. The heating means 120 may be an electric heater, high frequency induction, infrared radiation, laser, etc., which is selectively located inside and outside the chamber 110.
그렇지만 상기와 같은 종래의 유성형 화학 기상 증착 장치(100)는 중심 부근에 형성된 기체 유입구(112)로부터 가스를 도입하여 회전판(117)의 외주로 향하여 가스가 흐른다. 따라서 이와 같은 종래의 유성형 화학 기상 증착 장치(100)에서는, 챔버(110) 중심부의 가스 밀도가 주변에 비해 높기 때문에, 특히 반응 압력(성장 압력)을 높이면 챔버(110) 중심부에서 기상 반응이 격렬하게 일어나, 주변까지 원 료 가스가 충분히 공급되지 않는 경우가 발생한다.However, in the conventional planetary chemical vapor deposition apparatus 100 as described above, gas flows toward the outer circumference of the rotating plate 117 by introducing gas from the gas inlet 112 formed near the center. Therefore, in the conventional type planetary chemical vapor deposition apparatus 100, since the gas density in the center of the chamber 110 is higher than that of the surroundings, especially when the reaction pressure (growth pressure) is increased, the gas phase reaction in the center of the chamber 110 is violently intense. This occurs when the raw material gas is not sufficiently supplied to the surroundings.
특히 GaN계 LED용의 MOCVD 장치는, 양산 성을 확보하기 위해서 다수 매 기판(2" X 24등)이 이용되지만, 사용 챔버(chamber)의 면적이 커지는 만큼 성장 속도나 조성의 균일성 확보가 어려워진다. 이와 같은 종래의 화학기상 증착 장치(100)에서 균일성을 올리기 위해서는 감압 성장이 이용되지만, GaN계 결정 성장에서는 감압 정도만큼 N의 이탈이 증가해 점 결함 등이 증가하고 결정의 품질이 저하한다.In particular, MOCVD devices for GaN-based LEDs use a large number of substrates (2 "X 24, etc.) to secure mass productivity, but as the area of the chamber is increased, it is difficult to secure growth rate and composition uniformity. In the conventional chemical vapor deposition apparatus 100, decompression growth is used to increase the uniformity, but in GaN-based crystal growth, N deviation increases by the degree of decompression, so that point defects increase, and crystal quality deteriorates. do.
따라서 GaN계 LED용의 MOCVD 장치는 성장 압력을 올려 한편 조성 균일성을 확보할 필요가 있다.Therefore, the MOCVD apparatus for GaN-based LEDs needs to raise the growth pressure and ensure compositional uniformity.
그렇지만 종래의 화학기상 증착 장치(100)에서는 AlGaInN계 결정 성장에서 결정 성장 온도를 1000℃로 높이게 되면 중심부의 온도가 높고, NH3와 TNAl의 반응이나 NH3와 Cp2Mg가 반응하여, 도 3의 그래프 도에서 도시된 바와 같이 챔버(110)의 주변까지 충분히 Al나 Mg가 공급되지 않는 사태가 일어난다. 그 결과, 높은 성장 압력, 예를 들면 700torr이상에서는 Al,Mg의 함유량이 불충분하거나 균일성이 저하하는 등의 문제가 발생한다.However, in the conventional chemical vapor deposition apparatus 100, when the crystal growth temperature is increased to 1000 ° C. in AlGaInN-based crystal growth, the temperature of the center is high, and NH 3 and TNAl reaction or NH 3 and Cp 2 Mg react. As shown in the figure, a situation in which Al or Mg is not sufficiently supplied to the periphery of the chamber 110 occurs. As a result, at high growth pressures, for example, 700 torr or more, problems such as insufficient Al and Mg contents, or reduced uniformity occur.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 고온의 증착 막 성장 조건 하에서도 성장 압력을 올려도 가스 밀도가 높아지지 않으면서 챔버 내에서 격렬한 기상 반응이 일어나지 않고 양호한 품질의 기상 증착을 이룰 수 있도록 된 유성형 화학 기상 증착 장치를 제공함에 있다.The present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, the object of the present invention is to improve the gas phase of good quality without intense gas phase reaction in the chamber without increasing the gas density even if the growth pressure is raised even under high temperature deposition film growth conditions The present invention provides a planetary chemical vapor deposition apparatus capable of achieving deposition.
그리고 본 발명은 기판상에 부분적으로 Al, Mg등의 함유량이 불충분하거나 조성이 불균일해지는 문제점을 해소시킬 수 있음으로써 양호한 품질의 기상 증착을 이룰 수 있도록 된 유성형 화학 기상 증착 장치를 제공함에 있다.In addition, the present invention provides a planetary chemical vapor deposition apparatus capable of achieving a good quality vapor deposition by solving the problem that the content of Al, Mg, etc. is insufficient or the composition is uneven in part on the substrate.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 다수의 기판상에 화학 기상 증착을 이루는 장치에 있어서,In order to achieve the above object, the present invention provides a device for forming a chemical vapor deposition on a plurality of substrates,
다수의 기판이 장착된 회전판을 구비한 챔버; A chamber having a rotating plate on which a plurality of substrates are mounted;
상기 챔버의 주변부에 배열된 가스 도입 구; A gas introduction port arranged at the periphery of the chamber;
상기 회전판의 중앙에 형성된 가스 배출구; A gas outlet formed at the center of the rotating plate;
상기 기판의 반응 온도를 조절하기 위한 가열 수단; 및Heating means for adjusting a reaction temperature of the substrate; And
상기 챔버의 내부에서 기판에 회전을 부여하는 기판 회전 수단;을 포함하고Substrate rotation means for imparting rotation to the substrate within the chamber; and
상기 챔버의 주변부로부터 중심으로 가스가 흐르면서 증착이 이루어지는 것을 특징으로 하는 유성형 화학 기상 증착 장치를 제공한다.It provides a planetary chemical vapor deposition apparatus characterized in that the deposition is performed while the gas flows from the periphery of the chamber to the center.
그리고 본 발명은 바람직하게 상기 챔버는 그 주변부에 형성되는 가스 도입 구 측에 인접한 가스 유로의 단면적이 상기 가스 배출구 측에 인접한 가스 유로의 단면적보다 크고, 상기 가스 도입 구 측으로부터 가스 배출구 측으로 향할수록 가스 유로의 단면적은 점차 작아지는 것임을 특징으로 하는 유성형 화학 기상 증착 장치를 제공한다.And the present invention preferably has a cross-sectional area of the gas flow path adjacent to the gas inlet side formed in the periphery of the chamber is larger than the cross-sectional area of the gas flow path adjacent to the gas outlet side, the gas toward the gas outlet side from the gas inlet side It provides a planetary chemical vapor deposition apparatus, characterized in that the cross-sectional area of the flow path is gradually reduced.
또한 본 발명은 바람직하게 상기 챔버는 그 주변부에 형성되는 가스 도입 구 측에 인접한 가스 유로의 단면적이 상기 가스 배출구 측에 인접한 가스 유로의 단면적보다 작고, 상기 가스 도입 구 측으로부터 가스 배출구 측으로 향할수록 가스 유로의 단면적은 점차 커지는 것임을 특징으로 하는 유성형 화학 기상 증착 장치를 제공한다.In addition, the present invention preferably has a cross-sectional area of the gas flow path adjacent to the gas inlet side formed in the periphery of the chamber is smaller than the cross-sectional area of the gas flow path adjacent to the gas outlet side, the gas toward the gas outlet side from the gas inlet side It provides a planetary chemical vapor deposition apparatus characterized in that the cross-sectional area of the flow path is gradually increased.
그리고 본 발명은 바람직하게 상기 챔버는 그 상부면에 N2, H2, NH3 가 유입되는 다공성 유로가 형성되고, 상기 가스 도입 구 측으로는 N2, H2, MO 가 유입되는 것임을 특징으로 하는 유성형 화학 기상 증착 장치를 제공한다.And the present invention preferably the chamber is N 2 , H 2 , NH 3 in the upper surface Is formed into the porous flow path, the gas inlet side N 2 , H 2 , MO It provides a planetary chemical vapor deposition apparatus, characterized in that the inflow.
또한 본 발명은 바람직하게 상기 가스 배출구는 중공형의 축이 형성되어 상기 챔버의 외측으로 연장되고, 상기 중공형의 축은 챔버에 밀봉상태로 회전가능하도록 장착되며, 화학적 증기 회수장치에 연결되어 외부로 화학적 증기를 배출 처리 하는 것임을 특징으로 하는 유성형 화학 기상 증착 장치를 제공한다.In addition, the present invention preferably the gas outlet is a hollow shaft is formed to extend to the outside of the chamber, the hollow shaft is mounted to the chamber rotatably in a sealed state, connected to the chemical vapor recovery device to the outside It provides a planetary chemical vapor deposition apparatus characterized in that the chemical vapor discharge treatment.
그리고 본 발명은 바람직하게 상기 기판 회전 수단은 챔버의 외측에 위치된 구동 모터와 상기 구동 모터의 회전축에 장착된 베벨 구동 기어 및 상기 가스 배출구에 연결된 중공형 회전축의 베벨 종동 기어들을 포함하는 것임을 특징으로 하는 유성형 화학 기상 증착 장치를 제공한다.And the present invention preferably characterized in that the substrate rotation means comprises a drive motor located outside the chamber, a bevel drive gear mounted to the rotation shaft of the drive motor and bevel driven gears of the hollow rotary shaft connected to the gas outlet It provides a planetary chemical vapor deposition apparatus.
또한 본 발명은 바람직하게 상기 챔버는 그 상부 내 측면이 그 주변부로부터 중앙으로 향하여 낮아지는 경사면을 형성한 것임을 특징으로 하는 유성형 화학 기상 증착 장치를 제공한다.In another aspect, the present invention preferably provides a planetary chemical vapor deposition apparatus, characterized in that the chamber is formed an inclined surface in which the inner side of the upper side is lowered toward the center from the periphery thereof.
그리고 본 발명은 바람직하게 상기 챔버는 그 상부 내 측면이 그 주변부로부터 중앙으로 향하여 높아지는 경사면을 형성하는 것임을 특징으로 하는 유성형 화학 기상 증착 장치를 제공한다.And the present invention preferably provides a planetary chemical vapor deposition apparatus, characterized in that the chamber forms an inclined surface in which its inner side is raised from its periphery toward the center.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 유성형 화학 기상 증착 장치(1)는 다수의 기판(5)상에 화학 기상 증착을 이루되, 챔버(10)의 주변부로부터 중심으로 가스가 흐르면서 증착이 이루어지는 것이다.In the planetary chemical vapor deposition apparatus 1 according to the present invention, chemical vapor deposition is performed on a plurality of substrates 5, and vapor deposition is performed while a gas flows from the periphery of the chamber 10 to the center.
본 발명에 따른 유성형 화학 기상 증착 장치(1)는 다수의 기판(5)이 장착된 회전판(17)을 구비한 챔버(10)를 구비한다.The planetary chemical vapor deposition apparatus 1 according to the present invention includes a chamber 10 having a rotating plate 17 on which a plurality of substrates 5 are mounted.
상기 챔버(10)는 중공형의 공간을 형성하는 것으로서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 그 내부에는 다수의 기판(5)들이 장착되는 회전판(17)을 구비한다. 그리고, 상기 회전판(17)은 중앙에 구멍이 형성되고, 상기 구멍은 이후에 설명되는 가스 배출구(14)를 형성한다.The chamber 10 forms a hollow space, and as shown in FIGS. 4 and 5, the chamber 10 includes a rotating plate 17 on which a plurality of substrates 5 are mounted. The rotating plate 17 is formed with a hole in the center, and the hole forms a gas outlet 14 to be described later.
그리고 상기 챔버(10)는 그 상부 측 주변부에 배열된 가스 도입 구(12)를 구비한다.The chamber 10 has a gas inlet 12 arranged at its upper periphery.
상기 가스 도입 구(12)는 챔버(10)의 측면에 각각 형성된 것으로서, 챔버(10)의 외부 측에 위치된 가스 공급장치(미 도시)로부터 화학적 증기(Chemical Vapor)가 제공된다. The gas inlet 12 is formed on the side of the chamber 10, respectively, and chemical vapor is provided from a gas supply device (not shown) located at an outer side of the chamber 10.
이와 같은 화학적 증기들은 AlGalnN, 원료가스, MO들을 포함하며, 상기 MO는 NH3, TMGa, TMAI, Cp2Mg, SiH4, TMln 등을 포함한다.Such chemical vapors include AlGalnN, source gas, MOs, which include NH 3 , TMGa, TMAI, Cp 2 Mg, SiH 4, TMln, and the like.
그리고 상기 회전판(17)의 중앙에는 가스 배출구(14)를 형성한다. 상기 가스 배출구(14)는 회전판(17)의 중앙에 형성된 것으로서, 상기 가스 배출구(14)에는 중공형의 축(24)이 형성되어 상기 챔버(10)의 외측으로 연장된다. 상기 중공형의 축(24)은 챔버(10)에 밀봉상태로 회전가능하도록 장착되며, 상기 중공형 축(24)의 하단은 화학적 증기 회수장치(미 도시)에 연결되어 상기 가스 배출구(14)를 통하여 외부로 배출되는 화학적 증기를 배출 처리한다. In addition, a gas outlet 14 is formed at the center of the rotating plate 17. The gas outlet 14 is formed in the center of the rotary plate 17, the hollow shaft 24 is formed in the gas outlet 14 is extended to the outside of the chamber 10. The hollow shaft 24 is rotatably mounted to the chamber 10, and a lower end of the hollow shaft 24 is connected to a chemical vapor recovery device (not shown) to allow the gas outlet 14 to be rotated. The chemical vapor discharged to the outside through the discharge treatment.
또한 본 발명은 상기 기판(5)의 반응 온도를 조절하기 위한 가열 수단(30)을 포함한다. 상기 가열 수단(30)은 상기 챔버(10)의 내외부에 형성가능한 것으로서, 상기 챔버(10)의 내부 온도를 반응온도까지 상승시키게 된다.The present invention also includes heating means 30 for controlling the reaction temperature of the substrate 5. The heating means 30 can be formed inside and outside the chamber 10, and raises the internal temperature of the chamber 10 to the reaction temperature.
그리고 본 발명은 상기 챔버(10)의 내부에서 기판(5)에 회전을 부여하는 기판 회전 수단(40)을 포함한다.And the present invention includes a substrate rotating means 40 for imparting a rotation to the substrate 5 inside the chamber 10.
상기 기판 회전 수단(40)은 챔버(10)의 외측에 위치된 구동 모터(42)와 상기 구동 모터(42)의 회전축(24)에 장착된 베벨 구동 기어(44) 및 상기 가스 배출구(14)에 연결된 중공형 회전축(24)의 베벨 종동 기어(46)들을 포함한다.The substrate rotating means 40 includes a bevel drive gear 44 and the gas outlet 14 mounted on the drive motor 42 located outside the chamber 10 and the rotation shaft 24 of the drive motor 42. Bevel driven gears 46 of the hollow rotary shaft 24 connected to.
이와 같은 기판 회전 수단(40)은 상기 구동 모터(42)의 작동으로 베벨 구동 기어(44)가 회전되면, 이에 치차 결합하는 베벨 종동 기어(46)가 회전되고 상기 베벨 종동 기어(46)에 연결된 중공형 회전축(24)과 회전판(17)이 챔버(10) 내에서 회전하는 것이다.When the bevel drive gear 44 is rotated by the operation of the drive motor 42, the substrate rotation means 40 rotates the bevel driven gear 46 geared thereto and is connected to the bevel driven gear 46. The hollow rotary shaft 24 and the rotary plate 17 rotate in the chamber 10.
그리고 본 발명에 따른 유성형 화학 기상 증착 장치(1')는 바람직하게는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 챔버(10)의 주변부에 형성되는 가스 도입 구(12) 측에 인접한 가스 유로의 단면적(A)이 상기 가스 배출구(14) 측에 인접한 가스 유로의 단면적(B) 보다 크게 형성된다.In addition, the planetary chemical vapor deposition apparatus 1 'according to the present invention preferably has a cross-sectional area of the gas flow passage adjacent to the gas inlet 12 formed at the periphery of the chamber 10, as shown in FIG. A) is formed larger than the cross-sectional area B of the gas flow path adjacent to the gas discharge port 14 side.
즉 상기 챔버(10)를 이루는 상부 내 측면은 그 주변부로부터 중앙으로 향하여 낮아지는 경사면(11a)을 형성한다.That is, the upper side surface of the chamber 10 forms an inclined surface 11a that is lowered toward the center from the periphery thereof.
따라서 상기 가스 도입 구(12) 측으로부터 가스 배출구(14) 측으로 향할수록 가스 유로의 단면적은 점차 작아지는 구조를 갖는다.Therefore, the cross-sectional area of the gas flow passage gradually decreases from the gas inlet 12 side toward the gas outlet 14 side.
이와 같은 경우, 상기 가스 도입 구(12)로부터 유입된 화학적 증기 내의 Al, Mg등의 함유 농도가 챔버(10)의 주변부로부터 중심부로 향할수록, 즉 가스 도입 구(12)로부터 개스 배출 구(14)로 향할수록 소모되는 경우에도, 화학적 증기가 흐르는 단위 유로의 면적당 유속 및 유량이 증가하게 되어 가스 배출구(14)에 인접한 기판(5)에 Al, Mg등의 농도 저하 없이 증착이 이루어질 수 있다. In such a case, the concentration of Al, Mg, etc. in the chemical vapor introduced from the gas inlet 12 toward the center from the periphery of the chamber 10, that is, the gas outlet 14 from the gas inlet 12. Even if it is consumed toward), the flow rate and the flow rate per area of the unit flow path through which the chemical vapor flows increase, so that deposition can be performed on the substrate 5 adjacent to the gas outlet 14 without lowering the concentration of Al and Mg.
그리고 본 발명에 따른 유성형 화학 기상 증착 장치(1")는 바람직하게는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 챔버(10)의 주변부에 형성되는 가스 도입 구(12) 측에 인접한 가스 유로의 단면적이 상기 가스 배출구(14) 측에 인접한 가스 유로의 단면적 보다 작게 형성된다.And the planetary chemical vapor deposition apparatus 1 "according to the present invention preferably has a cross-sectional area of a gas flow passage adjacent to the gas inlet 12 formed in the periphery of the chamber 10, as shown in FIG. It is formed smaller than the cross-sectional area of the gas flow path adjacent to the gas outlet 14 side.
즉 상기 챔버(10)를 이루는 상부 내 측면은 그 주변부로부터 중앙으로 향하여 높아지는 경사면(11b)을 형성한다.That is, the upper inner side surface of the chamber 10 forms an inclined surface 11b that rises toward the center from the periphery thereof.
따라서 또한 상기 가스 도입 구(12) 측으로부터 가스 배출구(14) 측으로 향할수록 가스 유로의 단면적은 점차 커지는 구조를 갖는다.Therefore, the cross-sectional area of the gas flow passage gradually increases from the gas inlet 12 side toward the gas outlet 14 side.
이와 같은 경우, 상기 가스 도입 구(12)로부터 유입된 화학적 증기 내의 Al, Mg등의 함유 농도가 챔버(10)의 주변부로부터 중심부로 향할수록 소모되는 경우에도, 화학적 증기들은 가스 배출구(14)에 인접한 기판 측에서 모여서 배출되므로 Al, Mg등의 농도가 높아지게 되어 균일한 증착이 이루어질 수 있다. In this case, even if the concentration of Al, Mg, etc. in the chemical vapor introduced from the gas inlet 12 is consumed from the periphery of the chamber 10 toward the center, the chemical vapor is supplied to the gas outlet 14. The concentration of Al, Mg, etc. is increased because it is collected and discharged from the adjacent substrate side, so that uniform deposition can be achieved.
그리고 본 발명에 따른 유성형 화학 기상 증착 장치(1'")는 바람직하게는 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 챔버(10)의 상부 면에는 N2, H2, NH3 가 유입되는 다공성 유로(55)가 형성되고, 상기 가스 도입 구(12) 측으로는 N2, H2, MO 가 유입되는 분할 유로의 구조를 갖는다.In addition, the planetary chemical vapor deposition apparatus 1 ′ ″ according to the present invention preferably has N 2 , H 2 , NH 3 on the upper surface of the chamber 10, as shown in FIG. 8. A porous flow path 55 through which is introduced is formed, and N 2 , H 2 , MO toward the gas inlet 12 side. It has a structure of a split flow path that is introduced.
상기에서 다공성 유로는 마치 샤워 헤드(Shower Head)와 같이 다공성의 구조를 갖는 것으로서, N2, H2, NH3 가 기판 측으로 유입되는 것이다.In the above, the porous flow path has a porous structure like a shower head (N 2 , H 2 , NH 3). Is introduced to the substrate side.
이와 같은 분할된 다공성 유로(55)를 갖는 구조에서는 결정 성장 온도를 1000℃로 높이게 되어도 NH3와 MO가 미리 사전에 반응하지 않게 됨으로써 충분히 Al나 Mg가 기판(5)상에 증착되도록 한다. In such a structure having the divided porous flow path 55, even if the crystal growth temperature is increased to 1000 ° C., NH 3 and MO do not react in advance so that Al or Mg is sufficiently deposited on the substrate 5.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 유성형 화학 기상 증착 장치(1)는 챔버(10) 내의 회전판(17) 상에 다수의 기판(5)들을 장착한 다음, 챔버(10)의 주변부로부터 중심으로 향하여 가스가 흐르도록 하고 증착이 이루어지도록 한다.The planetary chemical vapor deposition apparatus 1 according to the present invention configured as described above mounts a plurality of substrates 5 on the rotating plate 17 in the chamber 10, and then moves the gas toward the center from the periphery of the chamber 10. Flows and allows deposition to occur.
이와 같은 경우, 상기 회전판(17)은 기판 회전 수단(40)을 통하여 챔버(10) 내에서 회전한다. 또한 본 발명은 상기 회전판(17) 상에서 기판 자전수단(미 도시)을 통하여 기판(5)의 자전을 이룰 수도 있다.In this case, the rotating plate 17 rotates in the chamber 10 through the substrate rotating means 40. In addition, the present invention may achieve the rotation of the substrate 5 on the rotating plate 17 via a substrate rotating means (not shown).
이와 같은 상태에서 챔버(10)의 주변부 측에 위치된 가스 도입 구(12)로부터 화학적 증기인 가스가 챔버(10)의 내부로 도입되고, 회전판(17)의 중앙에 마련된 가스 배출구(14)를 통하여 외부로 배출된다.In such a state, the gas, which is chemical vapor, is introduced into the chamber 10 from the gas inlet 12 located at the periphery of the chamber 10, and the gas outlet 14 provided at the center of the rotating plate 17 is opened. Through the outside.
이와 같은 과정에서 회전판(17) 상의 기판(5)에 Al이나 Mg의 증착을 이룰 수 있다. 본 발명에 따른 유성형 화학 기상 증착 장치는 반응 가스를 챔버(10)의 주변부로부터 도입해서 중심으로 향해 흘러드는 흐름 패턴을 갖기 때문에 챔버(10) 주변부의 가스 유로 단면적(A)이 중심부의 단면적(B) 보다 크게 형성된다.In this process, Al or Mg may be deposited on the substrate 5 on the rotating plate 17. Since the planetary chemical vapor deposition apparatus according to the present invention has a flow pattern in which the reaction gas is introduced from the periphery of the chamber 10 and flows toward the center, the gas flow path cross-sectional area A of the periphery of the chamber 10 is the cross-sectional area B of the central portion. Greater than).
따라서 종래에 비하여 성장 압력을 올려도 그 가스 밀도는 그다지 높게 안되어서 격렬한 기상 반응은 발생하지 않는다. 그 결과 760 Torr등의 고압 성장에 대해도 Al나 Mg를 기판(5)상의 GaN 막중에 충분히 함유시킬 수 있다.Therefore, the gas density is not so high even when the growth pressure is increased as compared with the conventional art, and the violent gas phase reaction does not occur. As a result, Al or Mg can be sufficiently contained in the GaN film | membrane on the board | substrate 5 also about high pressure growth, such as 760 Torr.
상기와 같이 본 발명에 의하면 반응 가스를 주변부로부터 도입하고 중심으로 향해 흐르도록 하여 배출시키는 형상을 갖춤으로써 가스가 도입되는 주변부의 체적이 크기 때문에, 성장 압력을 올려도 가스 밀도는 그다지 높게 안되어서 격렬한 기 상 반응은 발생하지 않는다. 그 결과 760 Torr 등으로 고압 성장시켜도 Al나 Mg를 GaN막 중에 충분히 함유시킬 수 있다.According to the present invention as described above, since the reaction gas is introduced from the periphery and flows toward the center, the volume of the periphery into which the gas is introduced is large, so that the gas density is not so high even when the growth pressure is increased. No phase reaction occurs. As a result, Al or Mg can be sufficiently contained in GaN film, even if it grows at high pressure, such as 760 Torr.
그리고 본 발명은 기판상에 부분적으로 특히 챔버의 주변부 부근에서 Al, Mg등의 함유량이 불충분하거나 조성이 불균일해지는 문제점을 해소시킬 수 있음으로써 기판상에 양호한 품질의 기상 증착을 이룰 수 있는 개선된 효과가 얻어지는 것이다.In addition, the present invention can solve the problem that the content of Al, Mg, etc. are insufficient or the composition is non-uniform on the substrate, in particular in the vicinity of the periphery of the chamber, an improved effect of achieving a good quality vapor deposition on the substrate Is obtained.
상기에서 본 발명은 특정한 실시 예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 이는 단지 예시적으로 본 발명을 설명하기 위하여 기재된 것이며, 본 발명을 이와 같은 특정 구조로 제한하려는 것은 아니다. 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그렇지만 이러한 수정 및 변형 구조들은 모두 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것임을 분명하게 밝혀두고자 한다.While the invention has been shown and described with respect to specific embodiments thereof, it has been described by way of example only to illustrate the invention, and is not intended to limit the invention to this particular structure. Those skilled in the art will appreciate that various modifications and changes of the present invention can be made without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. Nevertheless, it will be clearly understood that all such modifications and variations are included within the scope of the present invention.
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