KR102218433B1 - Semiconductor manufacturing equipment with showerhead using SiC with improved etching properties - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 실리콘 카바이드(SIC)는 MTS(Methyltrichlorosilane), 수소(H2) 및 질소(N2) 가스가 사용되어, 화학기상 증착법에 의하여 제조되고, 상기 화학 기장증착법에 의하여 제조된 SIC는 β- SiC(3C-SiC) 이고, 상기 화학 기상 증착법에 의하여 생성된 상기 실리콘 카바이드(SIC)가 상전이 공정을 통하여 6H-SiC로 만들어지고, 상기 상전이 공정을 거친 SIC 내에서 6H-SiC의 질량 비율은
"10% ≤((6H-SiC 의 질량)/((6H-SiC 의 질량)+(3C-SiC 의 질량)))x100 ≥70%" 일 때, 6H-SiC 가 10 ∼ 70 % 포함된 SIC 로 샤워헤드의 분산 플레이트가 제조 되므로서, 식각 특성이 향상되어 반도체 공정에서 수율이 향상되고, 유지 기간 증가되어 원가 절감이 되는 샤어헤드를 제공할 수 있을 뿐 아니라, 저항 값과 질소 농도의 균일도가 크게 향상되어 초 미세 공정에서도 사용이 가능하면서도 저 비용으로 제조가 가능한 저 저항 샤워헤드도 제공할 수 있게 된다. In the present invention, silicon carbide (SIC) is prepared by a chemical vapor deposition method by using MTS (methyltrichlorosilane), hydrogen (H2) and nitrogen (N2) gas, and the SIC prepared by the chemical field deposition method is β-SiC (3C-SiC), and the silicon carbide (SIC) produced by the chemical vapor deposition method is made of 6H-SiC through a phase transfer process, and the mass ratio of 6H-SiC in the SIC that has undergone the phase transfer process is
When "10% ≤((6H-SiC mass)/((6H-SiC mass)+(3C-SiC mass)))x100 ≥70%", SIC containing 10 to 70% 6H-SiC As the dispersion plate of the showerhead is manufactured, the etching characteristics are improved, so that the yield is improved in the semiconductor process, and the maintenance period is increased to provide a shear head that reduces the cost, as well as the uniformity of the resistance value and the nitrogen concentration. It has been greatly improved, and it is possible to provide a low-resistance showerhead that can be manufactured at low cost while being usable in an ultra-fine process.

Description

식각 특성이 향상된 SiC가 사용된 샤워 헤드가 구비된 반도체 제조 장비{Semiconductor manufacturing equipment with showerhead using SiC with improved etching properties}Semiconductor manufacturing equipment with showerhead using SiC with improved etching properties {Semiconductor manufacturing equipment with showerhead using SiC with improved etching properties}

본 발명은 식각 특성이 향상된 SiC가 사용된 샤워 헤드가 구비된 반도체 제조 장비에 관한 것으로서, 특히 화학기상증착(Chemical vapor deposition, CVD) 실리콘 카바이드 벌크가 사용된 샤워 헤드에 관한 것으로서, 상기 샤워 헤드에는 6H-SiC가 포함되어 식각 특성이 더 향상된 샤워 헤드가 구비된 반도체 제조 장비에 관한 것이다. The present invention relates to a semiconductor manufacturing equipment equipped with a shower head using SiC having improved etching characteristics, and in particular, to a shower head using a bulk of silicon carbide (CVD), wherein the shower head includes: It relates to a semiconductor manufacturing equipment equipped with a shower head having improved etching characteristics by including 6H-SiC.

일반적으로 탄화 규소(Silicon carbide)는 반도체, LED 공정 등에 사용되는 탄화규소 부품은 서셉터(Susceptor)라고 불리우는 웨이퍼 캐리어, 증착 공정용 보트(Boat), 튜브(Tube)류, 식각(Etching) 공정 등에 사용되는 포커스링(Ring), 샤워 플레이트(Shower Plate) 혹은 샤웨 헤드 등으로 사용되어 지고 있다. In general, silicon carbide is used in semiconductor and LED processes, and silicon carbide components are used in wafer carriers called susceptors, boats for deposition processes, tubes, and etching processes. It is used as a focus ring, a shower plate, or a Shawe head.

특히, 반도체 산업의 엄청난 성장으로 인해 실리콘 집적 회로 (IC) 제조에 사용되는 부품 공급 업체는 비용을 늘리지 않고도 IC의 생산성을 높이기 위해 제품을 개선해야 했다. 이러한 개선의 필요성에 대한 일례는 IC 제조 공정의 와이어 볼 본딩 작업에 사용되는 모세관 또는 용접 팁 가이드의 마모 수명을 증가시키는 것도 한 예이며, 탄화 규소로 만들어진 다양한 기구들의 성능도 향상 시키는 것일 것이다. In particular, the tremendous growth of the semiconductor industry has forced suppliers of components used to manufacture silicon integrated circuits (ICs) to improve their products to increase the productivity of ICs without increasing costs. An example of the need for such improvement is to increase the wear life of capillaries or welding tip guides used for wire ball bonding in IC manufacturing processes, and to improve the performance of various devices made of silicon carbide.

한편, CVD-SiC 성형체의 저항율을 저하시켜 히터로서 적용하는 시도는 이전부터 알려져 있고, 예를들어 원료인 메틸트리클로로실란(MTS) 중에 40℃에서 질소 가스를 0.4 L/분의 유량으로 도입하고, 수소 유량을 2.0 L/분으로 하며, 증착 온도 1400℃, 1 기압에서 SiC(N)/TiN/SiC 구조의 SiC(N) 층을 0.44 ㎛의 두께로 성장 시킨 히터가 개시되고, 질소 가스 유량을 0.5 L/분으로 한 경우에는 더욱 저항율이 저하되는 것으로 제시되어 있지만, 원료인 MTS 농도와 질소 가스 농도와의 비율을 자유롭게 제어하는 것이 어렵기 때문에, 내부에 기공이 생성되기 쉬워서, 치밀질이면서 기체 불투과성인 CVD-SiC를 얻기 어렵다. On the other hand, attempts to apply as a heater by lowering the resistivity of CVD-SiC molded bodies have been known from before. For example, nitrogen gas was introduced into methyltrichlorosilane (MTS) at 40°C at a flow rate of 0.4 L/min. , A heater with a hydrogen flow rate of 2.0 L/min and a SiC(N)/TiN/SiC structure with a thickness of 0.44 μm at a deposition temperature of 1400°C and 1 atmosphere was started, and a nitrogen gas flow rate In the case of 0.5 L/min, it is suggested that the resistivity decreases further, but it is difficult to freely control the ratio between the MTS concentration and the nitrogen gas concentration, which is a raw material, so that pores are easily generated inside, and it is dense It is difficult to obtain gas impermeable CVD-SiC.

또한, 원료 가스와 함께 도입되는 질소 가스량을 제어하여 질소 도핑 CVD-SiC 성형체를 얻는 방법으로서, 규소 단결정 기판을 900∼1200℃로 가열하고, 원료 가스로서 모노실란(SiH4) 가스와 프로판 가스, 캐리어 가스로서 수소 가스를 사용하고, 기판 상에 매우 얇은 SiC막을 형성한 후, 이어서 기판의 온도를 1300～1400℃로 올려, 원료 가스(0.05∼0.3 cc/분)와 동시에 도펀트로서 질소 가스(1×10-2∼1 cc/분, 질소 가스의 농도는 원료 가스에 대하여, 1×10-2∼1(cc/분)/0.05～0.3(cc/분) = 0.01/0.1∼1/0.6 = 10∼167 부피%)를 도입하여 기판 상에 n형의 3C형 SiC 단결정 박막을 성장시키고, 1 시간의 성장으로 0.5∼3 ㎛의 박막을 얻는 것이 제안되어 있는 실정이다. In addition, as a method of controlling the amount of nitrogen gas introduced together with the source gas to obtain a nitrogen-doped CVD-SiC molded article, a silicon single crystal substrate is heated to 900 to 1200°C, and a monosilane (SiH4) gas, propane gas, and carrier gas are used as source gases. After using hydrogen gas as gas and forming a very thin SiC film on the substrate, the temperature of the substrate is then raised to 1300 to 1400°C, and nitrogen gas (1×) as a dopant at the same time as the source gas (0.05 to 0.3 cc/min) 10-2 to 1 cc/min, the concentration of nitrogen gas is 1×10-2 to 1 (cc/min)/0.05 to 0.3 (cc/min) = 0.01/0.1 to 1/0.6 = 10 for the raw material gas ∼167% by volume) to grow an n-type 3C-type SiC single crystal thin film on a substrate, and to obtain a 0.5 to 3 µm thin film in 1 hour of growth has been proposed.

또한, 최근에는 SiC 벌크의 식각 특성이 더 향상되고, SiC 벌크 내에 저항 혹은 질소 농도의 균일도가 향상된 실리콘 카바이드 벌크의 요구가 필요한 실정이다, In addition, in recent years, there is a need for a silicon carbide bulk with improved etching characteristics of SiC bulk and improved resistance or uniformity of nitrogen concentration in the SiC bulk.

물론 대한민국 특허 공개 제 10-2009-0031338 호에서는 "반응 기체 샤워헤드 모듈은 윗판 및 바닥판을 가지며, 그 바닥판으로부터 하향 연장되는 복수의 반응 기체 분사 튜브를 구비하며, 상기 퍼지 기체 샤워헤드 모듈은 상기 반응 기체 샤워헤드 모듈의 아래에 배치되며, 윗판 및 바닥판을 가지며, 상기 반응 기체 분사 튜브가 기밀을 유지하도록 하여 통과되며, 그 바닥판에 뚫린 복수의 퍼지 기체 분사출구를 구비하며, 상기 냉각자켓은 상기 퍼지기체 샤워헤드 모듈의 아래에 배치되며, 상기 반응 기체 분사 튜브를 통과시키며 상기 냉각자켓의 기밀을 유지하도록 설치된 반응 기체 분사 튜브 안내관을 구비하고, 냉각재가 상기 공정 공간 외부로부터 밀폐된 유로를 따라 상기 냉각 자켓 내부로 유입되게 하기 위한 유입구와 유입된 냉각재가 밀폐된 유로를 따라 상기 공정 공간 외부로 빠져나가게 하기 위한 유출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조 장비." 를 제공하고,Of course, in Korean Patent Publication No. 10-2009-0031338, "The reaction gas showerhead module has a top plate and a bottom plate, and includes a plurality of reaction gas injection tubes extending downward from the bottom plate, and the purge gas showerhead module is It is disposed under the reaction gas showerhead module, has a top plate and a bottom plate, passes through the reaction gas injection tube to maintain airtightness, and has a plurality of purge gas injection outlets through the bottom plate, and the cooling The jacket is disposed under the purge gas showerhead module, and has a reaction gas injection tube guide pipe installed to pass the reaction gas injection tube to maintain airtightness of the cooling jacket, and the coolant is sealed from the outside of the process space. A semiconductor device manufacturing equipment, comprising: an inlet for flowing into the cooling jacket along a flow path and an outlet for allowing the introduced coolant to flow out of the process space along a sealed flow path." And

대한민국 특허 공개 제 10-2006-0016707호에서는 "반응가스가 유입되도록 그 상측 중앙부에 가스공급홀이 마련되고, 그 하측 밑면에는 상기 반응가스가 분사되도록 다수의 가스분사홀이 마련된 반도체 제조장치의 샤워헤드에 있어서, 상기 가스분사홀들은 상기 샤워헤드의 밑면 중앙부를 중심으로 방사상 구조로 배치되되, 그 직경은 상기 샤워헤드의 밑면 중앙부 측에서 주변부 측으로 갈수록 점점 더 커지도록 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치의 샤워헤드."를 제공한다. In Korean Patent Publication No. 10-2006-0016707, "The shower of a semiconductor manufacturing apparatus in which a gas supply hole is provided in the upper central part so that the reaction gas flows in, and a plurality of gas injection holes are provided in the lower part of the lower surface so that the reaction gas is injected. In the head, the gas injection holes are arranged in a radial structure around the center of the bottom of the showerhead, the diameter of which is formed so as to gradually increase from the center of the bottom of the showerhead to the peripheral side Of the shower head."

그러나, 상기의 선행 특허 기술은 샤워 헤드에서 식각 특성이 더 향상되는 방법을 제시하지 않고, 상기의 식각 특성이 향상된 SiC 벌크의 입자내에 구조와 특성도 제시하지 않고 있다. However, the prior patent technology does not suggest a method for further improving the etching characteristics in the shower head, nor does it present the structure and characteristics in the SiC bulk particles having the improved etching characteristics.

따라서, 식각 특성이 향상되고 초 미세 공정에서도 사용이 가능하면서도 저 비용으로 제조가 가능한 실리콘 카바이트 벌크를 사용한 샤워 헤드의 개발이 절실한 실정이다. Accordingly, there is an urgent need to develop a shower head using silicon carbide bulk, which improves etching properties and can be manufactured at low cost while being usable in an ultra-fine process.

선행기술 1 : 대한민국특허 공개번호 : 10-2009-0031338 (2009년03월25일)Prior Art 1: Korean Patent Publication No.: 10-2009-0031338 (March 25, 2009) 선행기술 2 : 대한민국특허 공개번호 : 10-2006-0016707 (2006년02월22일)Prior Art 2: Korean Patent Publication No.: 10-2006-0016707 (February 22, 2006)

화학기상증착(CVD)의 방법으로 제조된 실리콘 카바이드 벌크를 통하여 샤워헤드를 제조하므로서, SiC 제조시 질소 가스의 공급과 혼합의 기술을 최적화 하고, 식각 특성이 향상되고, 초 미세 공정에서도 사용이 가능하도록 질소 농도와 저항 값이 균일한 반도체 제조 장치용 샤워헤드를 제공하고자 하는 것이다 By manufacturing the showerhead through the silicon carbide bulk manufactured by the chemical vapor deposition (CVD) method, the technology of supply and mixing of nitrogen gas is optimized during SiC manufacturing, the etching characteristics are improved, and it can be used in ultra-fine processes. It is to provide a showerhead for semiconductor manufacturing equipment with uniform nitrogen concentration and resistance value.

상기 목적은, 실리콘 카바이드(SIC)는 MTS(Methyltrichlorosilane), 수소(H2) 및 질소(N2) 가스가 사용되어, 화학기상 증착법에 의하여 제조되고, 상기 화학 기장증착법에 의하여 제조된 SIC는 β- SiC(3C-SiC) 이고, 상기 화학 기상 증착법에 의하여 생성된 상기 실리콘 카바이드(SIC)가 상전이 공정을 통하여 6H-SiC로 만들어지고, 상기 상전이 공정을 거친 SIC 내에서 6H-SiC의 질량 비율은 For the above object, silicon carbide (SIC) is prepared by chemical vapor deposition by using MTS (methyltrichlorosilane), hydrogen (H2) and nitrogen (N2) gas, and the SIC prepared by the chemical vapor deposition method is β-SiC (3C-SiC), and the silicon carbide (SIC) produced by the chemical vapor deposition method is made of 6H-SiC through a phase transfer process, and the mass ratio of 6H-SiC in the SIC that has undergone the phase transfer process is

"10% ≤((6H-SiC 의 질량)/((6H-SiC 의 질량)+(3C-SiC 의 질량)))x100 ≤70%" 일 때, When "10% ≤((6H-SiC mass)/((6H-SiC mass)+(3C-SiC mass)))x100 ≤70%",

6H-SiC 가 10 ∼ 70 % 포함된 SIC 로 샤워헤드의 분산 플레이트가 제조되므로서 달성된다. This is achieved by manufacturing the dispersion plate of the showerhead with SIC containing 10 to 70% of 6H-SiC.

그리고, 상기 카바이드 벌크의 입자내에 빗살무늬 구조가 형성되고, 상기 실리콘 카바이드 벌크를 XRD 분석하여 피크를 확인할 경우 상기 피크가 복수개 형성되고, 상기 피크 중에서 레퍼런스 코드가 “004-049-1428”인 피크가 6개 존재한다.In addition, a comb pattern structure is formed in the particles of the carbide bulk, and when a peak is confirmed by XRD analysis of the silicon carbide bulk, a plurality of the peaks are formed. Among the peaks, a peak having a reference code of “004-049-1428” is There are six.

본 발명에서는 식각 특성이 향상되어 반도체 공정에서 수율이 향상되고, 유지 기간이 증가되어 원가 절감이 되는 샤워헤드를 제공할 수 있을 뿐 아니라, 저항 값과 질소 농도의 균일도가 크게 향상되어 초 미세 공정에서도 사용이 가능한 샤워헤드를 제공할 수 있게 된다.In the present invention, it is possible to provide a showerhead that improves the etching characteristics and improves the yield in the semiconductor process and reduces the cost by increasing the holding period. Also, the uniformity of the resistance value and the nitrogen concentration is greatly improved, even in an ultra-fine process. It is possible to provide a usable shower head.

도 1은 본원 발명에서 MTS 이송 및 사용되는 Gas를 혼합하는 공정도를 나타낸 실시예의 도면이다.
도 2는 가스 혼합 시스템 라인(Gas Mixer System Line)을 나타내는 실시예의 도면이다.
도 3은 반응기와 집진기를 간단히 도시한 도면이다.
도 4와 도 5는 저저항 SiC에서의 질소 농도를 나타낸 실시예의 도면이다.
도 6은 일반저항을 가진 SiC 질소농도를 나타낸 도면이다.
도 7은 XRD 분석 결과에 대한 종래 제품의 피크 값을 그래프로 나타낸 도면이다.
도 8은 본원 발명의 공정을 사용하고 α-SiC 상전이(H-Clean) 처리 후에 XRD 분석 결과에 대한 피크 값을 그래프로 나타낸 도면이다.
도 9는 종래 SiC와 본원 발명의 6H-SiC의 결정 구조 사진이다.
도 10과 도11은 본원 발명 제품의 CVD-SiC 광투과율에 따른 결정성을 나타낸 도면이다.
도 12와 도13은 종래 SiC와 본원 발명의 6H-SiC의 굴곡 강도를 나타낸 도면이다.
도 14는 XRD Peak로 나타낸 도면으로 3C-SiC 와 6H-SiC 의 비율을 확인할 수 있는 방법을 제시하는 도면이다.
도 15내지 도 17에서는 식각 시험후 식각량 변화를 나타내었다.
도 18내지 도 20은 일반적인 샤워 헤드의 구조를 나타낸 도면이다. 1 is a diagram of an embodiment showing a process chart of mixing MTS transport and gas used in the present invention.
2 is a diagram of an embodiment showing a gas mixing system line (Gas Mixer System Line).
3 is a schematic view showing a reactor and a dust collector.
4 and 5 are diagrams of examples showing nitrogen concentration in low resistance SiC.
6 is a diagram showing the SiC nitrogen concentration with general resistance.
7 is a graph showing the peak values of conventional products with respect to the XRD analysis results.
8 is a graph showing the peak value of the XRD analysis result after using the process of the present invention and treatment with α-SiC phase transition (H-Clean).
9 is a photograph of the crystal structure of conventional SiC and 6H-SiC of the present invention.
10 and 11 are diagrams showing crystallinity according to the CVD-SiC light transmittance of the product of the present invention.
12 and 13 are views showing the flexural strength of conventional SiC and 6H-SiC of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing a method of confirming the ratio of 3C-SiC and 6H-SiC in a diagram represented by XRD Peak.
15 to 17 show the change in the amount of etching after the etching test.
18 to 20 are views showing the structure of a general shower head.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 식각 특성이 향상된 SiC가 사용된 샤워 헤드가 구비된 반도체 제조 장비에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, semiconductor manufacturing equipment including a shower head using SiC having improved etching characteristics according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명을 설명하기 위해 필요한 통상의 기술에 대해서는 상세 설명을 생략할 수 있다. Detailed descriptions may be omitted for conventional techniques required to describe the present invention.

일반적으로 화학 기상 증착 법에 의한 실리콘 카바이드 생산 조업에서는, 메틸트리클로로실레인(MTS, Methyltrichlorosilane), 수소 및 아르곤의 혼합물과 같은 실리콘 카바이드 전구체 가스는 증착 챔버로 공급되며, 반응하여 실리콘 카바이드가 제조하는 온도까지 가스는 가열된다. 실리콘 카바이드는 증착 챔버 내에 설치된 고체 맨드릴(mandrel) 상에서 막 또는 쉘(shell)로서 증착된다. 원하는 두께의 실리콘 카바이드가 맨드릴 상에 증착된 후, 코팅된 맨드릴은 증착 챔버로부터 제거되며, 증착물은 맨드릴로부터 분리된다. 모놀리식(monolithic) 실리콘 카바이드 플레이트들 및 실린더들은 적합한 형상의 기판 또는 맨드릴 형상들을 이용한 이러한 화학 기상 증착(CVD) 기술을 적용함으로서 생산되어 왔다. In general, in the silicon carbide production operation by chemical vapor deposition, a silicon carbide precursor gas such as methyltrichlorosilane (MTS), a mixture of hydrogen and argon is supplied to the deposition chamber, and reacted to produce silicon carbide. The gas is heated up to temperature. Silicon carbide is deposited as a film or shell on a solid mandrel installed in a deposition chamber. After silicon carbide of the desired thickness is deposited on the mandrel, the coated mandrel is removed from the deposition chamber, and the deposit is separated from the mandrel. Monolithic silicon carbide plates and cylinders have been produced by applying this chemical vapor deposition (CVD) technique using suitable shaped substrate or mandrel shapes.

따라서, 본원 발명에서는 화학 기상 증착(CVD) 방법으로 실리콘 카바이드를 생산하는 방법을 제시하며, 특히 식각 특성이 향상된 실리콘 카바이드를 생산하는 방법을 제공하고자 한다. Accordingly, the present invention proposes a method of producing silicon carbide by a chemical vapor deposition (CVD) method, and in particular, to provide a method of producing silicon carbide having improved etching properties.

한편, 본원 발명의 상기의 제조 방법에서 만들어진 실리콘 카바이드의 물리 화학적 특성을 분석하여 반도체 공정에 활용하고자 한다.Meanwhile, by analyzing the physicochemical properties of silicon carbide made in the above manufacturing method of the present invention, it is intended to be utilized in a semiconductor process.

우선 종래 SiC 제조 방법을 고찰하면 다음 설명과 같다. First, considering the conventional SiC manufacturing method is as follows.

실리콘 카바이드 제품들을 생산하기 위해서는 화학 기상 증착(CVD) 시스템을 사용한다. 그리고 메틸트리클로로실레인(MTS)이 제공되며, MTS를 위한 캐리어 가스로서 아르곤이 사용된다. 그리고, 부유된 MTS와 함께 아르곤은 밀봉된 조건하에서 공급되며, 이후 수소 및 질소(N2)와 혼합된다. To produce silicon carbide products, chemical vapor deposition (CVD) systems are used. And methyltrichlorosilane (MTS) is provided, and argon is used as a carrier gas for MTS. And, argon together with the suspended MTS is supplied under sealed conditions, and then mixed with hydrogen and nitrogen (N 2 ).

그리고, 상기의 혼합된 전구체 가스들은 분사기를 통하여 증착로로 공급된다. 그리고, MTS와 실리콘 카바이드 증착물의 해리를 일으키고, 해리 반응에서 발생하는 배기 가스들은 배출된다. Then, the mixed precursor gases are supplied to the deposition furnace through an injector. In addition, the MTS and silicon carbide deposits are dissociated, and exhaust gases generated in the dissociation reaction are discharged.

한편, 실리콘 카바이드 전구체는 실리콘 카바이드를 형성하기 위하여 반응할 수 있는 재료들로부터 선택된다. 이러한 재료들은 일반적으로 실레인 또는 클로로실레인과 같은 실리콘 부분(moiety)을 형성하기 위하여 반응할 수 있는 성분 및 탄화수소와 같은 탄소 부분을 형성하기 위하여 반응할 수 있는 성분을 포함한다. 탄화수소 치환 실레인들은 바람직한 실리콘 카바이드 전구체들이며, 이는 실레인들이 단일 화합물 내에 실리콘 및 탄소 부분들을 함유하고 있기 때문이다. On the other hand, the silicon carbide precursor is selected from materials that can react to form silicon carbide. These materials generally include components that can react to form silicone moieties such as silane or chlorosilane and components that can react to form carbon moieties such as hydrocarbons. Hydrocarbon substituted silanes are preferred silicon carbide precursors because silanes contain silicon and carbon moieties in a single compound.

아울러, 아르곤, 헬륨 또는 다른 불활성 가스들과 같은 불활성, 비반응성 가스가 정상적인 액체(예를 들어, 통상의 STP에서의 액체) 전구체를 위한 캐리어로서 사용될 수 있다. 메틸트리클로로실레인(MTS)은, 특히 MTS가 해리될 때 방출된 염소를 제거하는 수소(H2)와 함께 사용될 때 바람직한 전구체이다. MTS(실온에서의 액체)를 위하여 아르곤이 일반적으로 불활성, 비반응성 캐리어 가스로 사용된다. 이때, 아르곤은 희석제로 작용하게 된다. In addition, an inert, non-reactive gas such as argon, helium or other inert gases may be used as a carrier for a normal liquid (eg, liquid in conventional STP) precursor. Methyltrichlorosilane (MTS) is a preferred precursor, particularly when used with hydrogen (H2), which removes chlorine released when MTS is dissociated. Argon is generally used as an inert, non-reactive carrier gas for MTS (liquid at room temperature). At this time, argon acts as a diluent.

또한, 종래 샤워헤드가 구비된 반도체 제조 장치에 대하여서도 고찰하면 다음 설명과 같다. In addition, a conventional semiconductor manufacturing apparatus equipped with a showerhead will be considered as follows.

반도체 장치 제조용 장비, 특히 샤워 헤드(shower head)를 포함하는 챔버 장비(chamber apparatus)에 관한 것이다.It relates to equipment for the manufacture of semiconductor devices, in particular to a chamber apparatus comprising a shower head.

반도체 장치를 제조하는 공정 중에서 반도체 기판 상에 박막을 형성하거나 건식 식각하는 공정은 챔버 장비를 이용한다. 이러한 챔버 장비는 공정에 이용되는 반응 가스를 반도체 기판 상으로 공급하기 위해서 샤워 헤드(shower head)를 이용한다.In the process of manufacturing a semiconductor device, a process of forming a thin film or dry etching on a semiconductor substrate uses a chamber equipment. Such chamber equipment uses a shower head to supply a reaction gas used in a process onto a semiconductor substrate.

챔버 장비는 반도체 기판이 장착되는 서셉터와, 상기 반도체 기판을 가열시키는 히터 및 샤워 헤드를 내포하는 챔버를 구비한다. 이때, 상기 샤워 헤드를 통해서 챔버내로 분사되는 반응 가스는 상기 반도체 기판 상에 도달하여 반응한다. 이와 같은 반응 가스의 반응에 의해서 상기 반도체 기판 상에 박막이 형성된다. 또는 상기 반응 가스에 의해서 반도체 기판 상에 존재하는 박막이 식각되어 패터닝된다. 따라서, 반도체 기판 상에 형성되는 박막의 균일도를 높이기 위해서는 상기 반도체 기판 상에 도달하는 상기 반응 가스량은 균일하여야 한다. 즉, 반응 가스가 균일한 밀도로 반도체 기판의 전(全)표면에 접촉되게 해야 한다.The chamber equipment includes a susceptor on which a semiconductor substrate is mounted, and a chamber including a heater and a shower head for heating the semiconductor substrate. At this time, the reaction gas injected into the chamber through the shower head reaches and reacts on the semiconductor substrate. A thin film is formed on the semiconductor substrate by the reaction of the reaction gas. Alternatively, the thin film existing on the semiconductor substrate is etched and patterned by the reactive gas. Therefore, in order to increase the uniformity of the thin film formed on the semiconductor substrate, the amount of the reaction gas reaching the semiconductor substrate must be uniform. That is, the reaction gas must be brought into contact with the entire surface of the semiconductor substrate at a uniform density.

한편, 챔버 장비에 이용되는 샤워 헤드는 반도체 기판에 대향되는 면에 다수의 관통홀이 형성되어 있다. 더하여, 상기 다수의 관통홀은 상기 샤워 헤드의 면중심을 중심으로 하는 동심원상에 볼 때, 상기 샤워 헤드의 중심부에서나 가장자리부에서나 동심원상에는 동일한 개수로 형성되어 있다. 이때, 상기 다수의 관통홀을 통해서 반응 가스가 챔버 내로 분사된다. 상기 다수의 관통홀은 동일한 크기(size)로 형성되며 따라서, 상기 다수의 관통홀을 통해 분사되는 반응 가스의 흐름량 또한 일정하다.Meanwhile, a shower head used in the chamber equipment has a plurality of through holes formed on a surface facing the semiconductor substrate. In addition, the plurality of through-holes are formed in the same number in a concentric circle at the center or edge of the shower head when viewed on a concentric circle centered on the surface center of the shower head. At this time, the reaction gas is injected into the chamber through the plurality of through holes. The plurality of through-holes are formed to have the same size, and thus, the flow amount of the reaction gas injected through the plurality of through-holes is also constant.

한편, 도 1의 실시예에서부터는 식각 특성이 향상된 SiC를 제조하는 방법을 먼저 설명하고자 한다. Meanwhile, from the embodiment of FIG. 1, a method of manufacturing SiC having improved etching characteristics will be described first.

도 1은 본원 발명에서 MTS 이송 및 사용되는 Gas를 혼합하는 공정도를 나타낸 실시예의 도면이다. 1 is a diagram of an embodiment showing a process chart of mixing MTS transport and gas used in the present invention.

공정도 단계를 순서대로 나타내면 다음과 같다, 아래 순서는 증착로 전 단계에서 가스를 혼합하는 초기 단계이다, The process chart steps are as follows, in order, the following sequence is the initial step of mixing gas in the previous step of the evaporation furnace.

1) MTS(메틸트리클로로실레인, Methyltrichlorosilane)가 저장된 메인 탱크(Main Tank)에서 버퍼 탱크(Buffer Tank)로 MTS를 이송한다. 이때, 수소(H2) 가스와 질소(N2) 가스도 함께 공급 된다. 1) MTS is transferred from the Main Tank where MTS (Methyltrichlorosilane) is stored to the Buffer Tank. At this time, hydrogen (H 2 ) gas and nitrogen (N 2 ) gas are also supplied.

참고적으로 버퍼 탱크는 일정량을 공급할 수 있는 기능을 갖도록 하는 탱크로서 일정량 공급 기능을 하는 장치가 부가되어 있게 된다. For reference, the buffer tank is a tank that has a function of supplying a certain amount, and a device for supplying a certain amount is added.

2) 버퍼 탱크(Buffer Tank)에 존재하는 MTS를 공급 탱크(Service Tank)로 이송한다, 이때, 수소(H2) 가스가 함께 공급 된다. 공급 탱크는 기화기(Vaporizer)에 직접 MTS를 공급하는 이송 기능을 하는 탱크이다,2) The MTS existing in the buffer tank is transferred to the service tank. At this time, hydrogen (H2) gas is supplied together. The supply tank is a tank that functions as a transfer that directly supplies MTS to the vaporizer.

3) 공급 탱크(Service Tank)에서 MTS를 증발기(Vaporizer)에 공급하며, 증발기에서는 MTS가 기화되고, 기화된 MTS는 질소와 수소 가스도 함께 가스 혼합 시스템 라인(Gas Mixer System Line)에 공급된다. 이때, 증발기에도 수소는 계속 공급된다.3) MTS is supplied to the vaporizer from the service tank, and the MTS is vaporized in the evaporator, and the vaporized MTS is supplied to the Gas Mixer System Line together with nitrogen and hydrogen gas. At this time, hydrogen is continuously supplied to the evaporator.

이러한 과정에서 정해진 온도로 모든 공정은 제어되게 된다. 결과적으로 MTS의 일정한 공급이 가능하고, 수소와 질소와의 균일한 혼합이 유도된다, In this process, all processes are controlled at a set temperature. As a result, a constant supply of MTS is possible, and uniform mixing of hydrogen and nitrogen is induced.

즉, 종래의 증착기에 MTS를 공급하는 방법으로는 항온조에 위치한 MTS를 라인을 통하여 공급하고, 상기 MTS 공급 라인에 아르곤, 질소, 수소를 바로 공급하는 일단계 혼합 시스템을 사용한다. 하지만 본 발명에서는 MTS 공급부에서 증착기까지의 중간에 버퍼 탱크(Buffer Tank)와 공급 탱크(Service Tank)를 두었고, 그 다음에 증발기(Vaporizer)를 통과 하도록 하였다. That is, as a method of supplying MTS to a conventional evaporator, a one-step mixing system is used in which MTS located in a thermostat is supplied through a line, and argon, nitrogen, and hydrogen are directly supplied to the MTS supply line. However, in the present invention, a buffer tank and a service tank were placed in the middle from the MTS supply part to the evaporator, and then passed through an evaporator.

도 2는 증착로에 분사되는 가스 혼합 시스템 라인(Gas Mixer System Line)을 나타내는 실시예의 도면이다. 2 is a view of an embodiment showing a gas mixing system line (Gas Mixer System Line) injected into the deposition furnace.

본 발명의 가스 혼합 시스템은 헤더(Header)(10)와 분사 라인(Line)(20)으로 구성된다. The gas mixing system of the present invention is composed of a header 10 and an injection line 20.

헤더(10)는 분사 라인(20)을 감싼 외부 관으로 본 발명에서 사용된 상기 헤더(10)의 직경은 80 mm 이다, 그리고 본원 발명에서 사용된 헤더 내부에 존재하는 분사 라인(20)의 직경은 10 mm 이다. 헤더는 시니타리 부품을 사용하여 시니타리 체결(30)을 하였으며, 압력에도 견디고 밀봉 효과도 높도록 하였다. The header 10 is an outer tube surrounding the spray line 20, and the diameter of the header 10 used in the present invention is 80 mm, and the diameter of the spray line 20 present inside the header used in the present invention Is 10 mm. The header was secured with a synitary part (30), and it withstands pressure and has a high sealing effect.

헤더(10)의 입구쪽에는 증발기(Vaporizer)에서 공급된 MTS, 질소, 및 수소가 공급관(31)을 통하여 공급된다, 그리고 본원 발명에서 사용된 상기 공급관(31)의 직경은 25mm 이며. 헤더(10)의 앞 쪽에 연결된다, To the inlet side of the header 10, MTS, nitrogen, and hydrogen supplied from a vaporizer are supplied through a supply pipe 31, and the diameter of the supply pipe 31 used in the present invention is 25 mm. It is connected to the front of the header 10,

그리고, 헤더(10)에는 적어도 2개 이상의 노즐(32)이 연결된다. 물론 도면에서 도시된 바와 같이 본 발명에서는 4 개의 노즐(32)을 일 실시예로 사용하였다. 각각의 노즐(32)에서 MTS와 질소와 수소를 증착로(40)에 분사하게 된다. 본원 발명에서 사용된 상기 노즐(32)의 직경은 25mm 이다,In addition, at least two or more nozzles 32 are connected to the header 10. Of course, as shown in the drawings, in the present invention, four nozzles 32 were used as an embodiment. MTS, nitrogen and hydrogen are injected into the deposition furnace 40 from each nozzle 32. The diameter of the nozzle 32 used in the present invention is 25 mm,

한편, 도면에서처럼 헤더(10) 내부에 존재하는 분사 라인(20) 입구쪽에는 질소가 공급되고, 상기 분사 라인에는 1mm 의 홀이 분사 라인 전체에 다수개 구비되어 있다. On the other hand, as shown in the drawing, nitrogen is supplied to the inlet side of the injection line 20 existing inside the header 10, and a plurality of holes of 1 mm are provided in the injection line throughout the injection line.

아울러, 상기 실시예에서 표기된 헤더, 라인, 노즐의 직경의 값은 하나의 일 실시예이며, 본 발명의 특징이 반드시 상기 직경의 값에 한정되는 것은 아니다. In addition, the values of the diameters of headers, lines, and nozzles indicated in the above embodiment are only one embodiment, and the characteristics of the present invention are not necessarily limited to the diameter values.

도 3은 반응기와 집진기를 간단히 도시한 도면이다.3 is a schematic view showing a reactor and a dust collector.

도 3에서 반응기는 CVD 공정이 수행되는 증착로(40)를 의미한다. 즉, 분사 Line(20)에서 분사된 혼합 가스로 SiC가 증착되어 만들어 지게 된다,In FIG. 3, the reactor refers to a deposition furnace 40 in which a CVD process is performed. That is, SiC is deposited with the mixed gas sprayed from the spray line 20 to make it.

그리고, 상기 증착로(40) 내에서 증착이 이루어지고, 증착 이후 해리 반응에서 발생하는 배기 가스들은 배기구(도면에서 볼 때 증착로(40) 하단 부에 집진기(50)와 연결된 부분)를 통하여 배출되게 된다, In addition, deposition is performed in the deposition furnace 40, and exhaust gases generated from the dissociation reaction after deposition are discharged through an exhaust port (a portion connected to the dust collector 50 at the bottom of the deposition furnace 40 as seen in the drawing). Will be

증착로(40)는 수냉 스테인레스 스틸로 만들어진 하우징이며, 이 하우징 내에는 흑연 맨드릴, 흑연 가열 부재 및 흑연 절연 튜브가 구비된다. 그리고 상기 증착로(40)에 유입된 혼합된 전구체 가스들은 가열된 흑연 맨드릴의 내부 표면 위를 지나가도록 향하여 맨드릴의 내부 표면 상에서 MTS와 실리콘 카바이드 증착물의 해리를 일으킨다. The deposition furnace 40 is a housing made of water-cooled stainless steel, in which a graphite mandrel, a graphite heating member, and a graphite insulating tube are provided. The mixed precursor gases introduced into the deposition furnace 40 are directed to pass over the inner surface of the heated graphite mandrel, causing dissociation of the MTS and silicon carbide deposits on the inner surface of the mandrel.

상기 증착로(40)의 배기구에서 배출된 배기 가스들은, 도면에서 별도 도시되지는 않았지만 필터를 통하여 부유된 고형체들은 제거되고, 그 후 증착로 내의 감소 된 압력을 제어하는 진공 펌프를 통과하는 과정도 거친다. 그리고 배기 가스들은 필요한 가스들을 회수하는 집진기(scrubber)(50)를 통과한 다음 대기중으로 배출된다. Exhaust gases discharged from the exhaust port of the deposition furnace 40 are not shown separately in the drawing, but solids suspended through the filter are removed, and then passed through a vacuum pump that controls the reduced pressure in the deposition furnace. Also rough. Then, the exhaust gases are discharged into the atmosphere after passing through a scrubber 50 for recovering necessary gases.

- Dopant 공급량 - -Dopant supply-

본원 발명은 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition, CVD) 실리콘 카바이드 벌크 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, Gas mixing system 개선을 통해 종래 방법 보다 적은 N2를 투입하여도 저저항 SiC 제조가 가능하였다, The present invention relates to a chemical vapor deposition (CVD) silicon carbide bulk and a method for manufacturing the same, and it was possible to manufacture a low-resistance SiC by introducing less N 2 than the conventional method through improvement of the gas mixing system.

표 1내지 표 2에서는 증착로(40)에 공급되는 가스 내에서의 각각의 성분 함량을 나타낸 것이다. 우선 표 1은 당사 방법에서의 성분 함량이다, 그리고 표 2는 종래 기술에서의 성분 함량이다, (기준은 MTS와 수소의 합을 100 % 로 정하였을 때이다,)Tables 1 to 2 show the content of each component in the gas supplied to the deposition furnace 40. First, Table 1 is the component content in our method, and Table 2 is the component content in the prior art, (the standard is when the sum of MTS and hydrogen is set at 100%).

표 1과 표 2를 비교하여 보면은, SiC를 제조하기 위해서 본 발명에서는 공급 가스 중에서 0.00062에서 0.65% 혹은 0.65 % 이상의 질소 함량이 포함되어 있음을 알 수 있다, (기준은 MTS와 수소의 합을 100 % 로 정하였을 EO이다,) Comparing Table 1 and Table 2, it can be seen that in the present invention to produce SiC, nitrogen content of 0.00062 to 0.65% or 0.65% or more is included in the feed gas, (the standard is the sum of MTS and hydrogen. It is an EO that would have been set at 100%,)

그러나, 종래에는 SiC를 제조하기 위해서 10에서 60 % 까지의 질소 함량이 포함되어야 한다. (기준은 MTS와 수소의 합을 100 % 로 정하였을 때 이다,) However, conventionally, in order to manufacture SiC, a nitrogen content of 10 to 60% should be included. (The standard is when the sum of MTS and hydrogen is set at 100%,)

결과적으로 본 발명에서는 질소 가스의 비율을 대단히 줄일 수가 있었다. As a result, in the present invention, the ratio of nitrogen gas could be greatly reduced.

표 1. (SLPM : Standard litre per minute) Table 1. (SLPM: Standard litre per minute)

Figure 112018119664426-pat00001
Figure 112018119664426-pat00001

표 2, (SLPM : Standard liter per minute) Table 2, (SLPM: Standard liter per minute)

Figure 112018119664426-pat00002
Figure 112018119664426-pat00002

도 4와 도 5는 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition, CVD)의 방법을 통한 본원 발명의 제조 공정으로 만들어진, 실리콘 카바이드 벌크 내에서의 질소 농도를 나타낸 실시예의 도면이다. 4 and 5 are diagrams of an embodiment showing the nitrogen concentration in a silicon carbide bulk made by the manufacturing process of the present invention through a method of chemical vapor deposition (CVD).

실리콘 카바이드 벌크 표면 내에서 깊이(Depth) 1,500nm이상(준안정층)에서의 질소 농도를 나타낸 값이며, 이를 위하여 스캐닝 이온 매스 편광기(scanning ion mass spectroscopy)를 이용하여 시편들을 분석하였다. 또한, 미량 원소 불순물을 위하여 가스 방출 매스 편광기(gas discharge mass spectroscopy; GDMS)를 이용하여 시편들을 분석할 수도 있다. This is a value showing the nitrogen concentration at a depth of 1,500 nm or more (metastable layer) in the silicon carbide bulk surface, and for this, the specimens were analyzed using a scanning ion mass spectroscopy. In addition, for trace elemental impurities, specimens may be analyzed using a gas discharge mass spectroscopy (GDMS).

도 4는 0.3 Ω 이하의 저저항 SiC에서의 질소 농도를 측정한 값을 나타낸 그래프이며, 도 4에서 보면 깊이(Depth)1,500nm이상(준안정층)에서 4.0x1018 atoms/cm3 이상의 질소농도를 보이고 있어서, 종래 기술에서 제시한 질소 농도 값인 1.0x1019 atoms/cm3 보다도 작은 질소 농도 값을 보임을 알 수가 있다,FIG. 4 is a graph showing the measured value of nitrogen concentration in a low resistance SiC of 0.3 Ω or less, and in FIG. 4, a nitrogen concentration of 4.0x1018 atoms/cm 3 or more at a depth of 1,500 nm or more (metastable layer) As shown, it can be seen that a nitrogen concentration value less than 1.0x1019 atoms/cm 3, which is a nitrogen concentration value suggested in the prior art, is shown.

도 5는 최근 사용되는 새로운 저저항인 0.003 Ω 이하의 값을 가지는, 실리콘 카바이드 벌크 내에서의 질소 농도를 측정한 값을 나타낸 그래프이다, 그리고, 실리콘 카바이드 벌크 표면 내에서 깊이(Depth) 1,500nm이상(준안정층)에서의 질소 농도를 나타낸 값이며, 4.0x1019atoms/cm3이상의 질소농도를 가짐을 알 수가 있다.FIG. 5 is a graph showing a measurement of nitrogen concentration in a silicon carbide bulk, having a value of 0.003 Ω or less, which is a new low resistance recently used, and a depth of 1,500 nm or more in the silicon carbide bulk surface. It is a value showing the nitrogen concentration in the (meta-stable layer), and it can be seen that it has a nitrogen concentration of 4.0x1019 atoms/cm 3 or more.

도 6은 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition, CVD) 법에 의하여 제조된 일반저항을 가진 실리콘 카바이드 벌크 내에서의 질소 농도를 나타낸 실시예의 도면이다. 6 is a diagram of an embodiment showing the nitrogen concentration in a silicon carbide bulk having a general resistance manufactured by a chemical vapor deposition (CVD) method.

즉, 도 6은 1Ω.cm 이상의 저항 값을 가지는 일반저항에서의 SiC 질소농도를 나타낸 도면으로, 농도 측정 방법은 도4와 도 5에 설명된 방법과 같다.That is, FIG. 6 is a diagram showing the SiC nitrogen concentration in a general resistance having a resistance value of 1 Ω.cm or more, and a method of measuring the concentration is the same as the method described in FIGS. 4 and 5.

도면에서 보면 실리콘 카바이드 벌크 표면 내에서 깊이(Depth) 1,500nm이상(준안정층) 부근에서 1.4x1018 atoms/cm3 이하의 질소농도를 가짐을 알 수 있다.In the drawing, it can be seen that the silicon carbide bulk surface has a nitrogen concentration of 1.4x1018 atoms/cm 3 or less in the vicinity of a depth of 1,500 nm or more (meta-stable layer).

- CVD-SiC 구조별 특성 - -CVD-SiC structure characteristics-

표 3에는 CVD-SiC 구조별 특성을 나타내었다. 저온 안정상인 β- SiC에는 3C-SiC가 있고, 고온 안정상인 α- SiC에는 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC 등이 있다. 그리고, β- SiC 인 3C-SiC는 1500 ℃ 이하의 온도에서 제조되는 실리콘 카바이드 이다. 또한, α- SiC 인 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC 는 1500 ℃ 이상의 고온에서 제조되는 실리콘 카바이드이다, Table 3 shows the characteristics of each CVD-SiC structure. The low-temperature stable phase β-SiC includes 3C-SiC, and the high-temperature stable phase α-SiC includes 2H-SiC, 4H-SiC, and 6H-SiC. In addition, 3C-SiC, which is β-SiC, is silicon carbide manufactured at a temperature of 1500°C or less. In addition, α-SiC 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC is silicon carbide manufactured at a high temperature of 1500 ℃ or higher,

한편, α- SiC 는 β- SiC 보다 식각률이 떨어져서(내 식각성이 높음) 식각 공정(에칭 공정) 등에서, 수율이 향상되고, 유지(maintenance) 기간이 증가되어 원가가 절감되고, 생산성이 증가되는 효과를 가지게 된다.On the other hand, α-SiC has a lower etch rate than β-SiC (higher etch resistance), so in the etching process (etching process), the yield is improved and the maintenance period is increased, thereby reducing cost and increasing productivity. It will have an effect.

하지만, α- SiC 는 고온 공정에서 제조하여야 하므로 대형화가 어렵고 양산성이 떨어져서, 현실적 대안이 아니라는 단점이 존재한다. However, since α-SiC has to be manufactured in a high-temperature process, it is difficult to increase the size and mass-producibility is poor, so there is a disadvantage that it is not a practical alternative.

표 3. Table 3.

Figure 112018119664426-pat00003
Figure 112018119664426-pat00003

한편, "Angle etch control for silicon cabide power devices", (F. Lanois, P. Lassagne, Appl. Phys. Lett. 69(2), 8 July 1996, France)의 저널에서, 6H-SiC 식각율은 3C-SiC보다 약 10%정도 늦게 식각됨에도 유사한 식각특성을 나타내는 것으로 보고되었고, 그 원인으로는 6H-Si Face가 3C-Si Face보다 높은 밀도를 나타내기 때문으로 보고되었다. 참고적으로, 6H-Si Face는 1.22×1015 atom/㎠ 이고, 3C-Si Face는 1.06 ×1015 atom/㎠ 이다.Meanwhile, in the journal "Angle etch control for silicon cabide power devices", (F. Lanois, P. Lassagne, Appl. Phys. Lett. 69(2), 8 July 1996, France), the 6H-SiC etch rate was 3C. It has been reported that similar etching characteristics are exhibited even though it is etched about 10% later than -SiC, and the reason for this is that the 6H-Si face has a higher density than the 3C-Si face. For reference, the 6H-Si face is 1.22 × 1015 atom/㎠, and the 3C-Si face is 1.06 ×1015 atom/㎠.

또한, "Residue-Free Reactive Ion Etching of 3C-SiC and 6H-SiC in Fluorinated Mixture Plasmas", (P.H Yihm A. J. Steckl, J. Electrochem. Soc., Vol. 142, No. 8, August 1995, US)의 저널에도 6H-SiC 의 내 식각성이 3C-SiC 보다 더 높다는 기술 설명이 있다. In addition, "Residue-Free Reactive Ion Etching of 3C-SiC and 6H-SiC in Fluorinated Mixture Plasmas", (PH Yihm AJ Steckl, J. Electrochem. Soc., Vol. 142, No. 8, August 1995, US) The journal also has a technical description that the etch resistance of 6H-SiC is higher than that of 3C-SiC.

- α-SiC 상전이 공정 - -α-SiC phase transition process-

본원 발명에서는 도 3의 실시예를 통하여 얻어진 실리콘 카바이드에 대한 열처리를 실시하게 된다. 열처리는 공정은 두 단계이며, 첫 번째 열처리 공정은 표면 고 순화를 위한 공정(본원 발명에서는 "D - Clean"이라고 명명함)익고, 두 번째 열처리 공정은 식각 특성 향상을 위한 열처리 공정("H - Clean" 이라고 명명함)이다. In the present invention, a heat treatment is performed on the silicon carbide obtained through the embodiment of FIG. 3. The heat treatment process is two steps, the first heat treatment process is a process for high-purification of the surface (in the present invention, it is called "D-Clean"), and the second heat treatment process is a heat treatment process for improving the etching properties ("H- It is named "Clean").

(1) 표면 고 순화 열처리 공정(D - Clean) (1) Surface High Purification Heat Treatment Process (D-Clean)

D - Clean은, 도 3의 실시예를 통하여 얻어진 실리콘 카바이드에 대한 1 단계 열처리 공정이다. 공정 조건은 상기 실리콘 카바이드를 열처리 오븐에 넣고 500 ∼ 1500℃ 의 온도로 30분에서 ∼ 6 시간 유지시키는 것이다. 물론 온도와 시간은 필요한 공정 조건에 따라 조정할 수 있다. 그리고, 여러 차례 반복 실험을 한 결과 최적이 열처리 조건은 1100 ∼ 1300℃에서 2 ∼ 5 시간 유지하는 것이다. D-Clean is a one-step heat treatment process for silicon carbide obtained through the example of FIG. 3. The process conditions are that the silicon carbide is placed in a heat treatment oven and maintained at a temperature of 500 to 1500°C for 30 minutes to 6 hours. Of course, the temperature and time can be adjusted according to the required process conditions. And, as a result of repeated experiments several times, the optimal heat treatment condition is to be maintained at 1100 to 1300°C for 2 to 5 hours.

그리고, 상기 열처리 오븐은 대기 조건과 대기압 조건에서 유지되며, 수증기 (H2O)를 공급한다. 수중기를 공급하므로서 실리콘 카바이드의 표면의 금속성 흡착물 또는 이온화된 오염원이 산화(Oxidation)되고 최종 산화물을 제거하므로서 표면의 고순도화가 달성된다. In addition, the heat treatment oven is maintained under atmospheric conditions and atmospheric pressure conditions, and supplies water vapor (H 2 O). By supplying water vapor, metallic adsorbents or ionized contaminants on the surface of silicon carbide are oxidized and the final oxide is removed, thereby achieving high purity of the surface.

(2) 식각 특성 향상을 위한 열처리 공정(H - Clean) (2) Heat treatment process to improve etching properties (H-Clean)

H - Clean은, 도 3의 실시예를 통하여 얻어진 실리콘 카바이드에 대한 α-SiC 상전이 공정으로 식각 특성 향상을 위한 공정이다. H-Clean is an α-SiC phase transition process for silicon carbide obtained through the example of FIG. 3 and is a process for improving etching characteristics.

고온 진공로 오븐 혹은 마이크로웨이브 진공 오븐을 사용하여 진공 상태를 유지하며, 공정 온도는 1,500 ∼ 3,000 ℃ 이고, 유지 시간은 30분에서 ∼ 6 시간이다. 물론 시간은 필요한 공정 조건에 따라 조정할 수 있다. 물론 온도와 시간은 필요한 공정 조건에 따라 조정할 수 있다. 그리고, 여러 차례 반복 실험을 한 결과 최적이 열처리 조건은 2,000 ∼ 2,500℃에서 3 ∼ 4 시간 유지하는 것이다.A high-temperature vacuum furnace oven or microwave vacuum oven is used to maintain the vacuum state, the process temperature is 1,500 to 3,000°C, and the holding time is from 30 minutes to 6 hours. Of course, the time can be adjusted according to the required process conditions. Of course, the temperature and time can be adjusted according to the required process conditions. And, as a result of repeated experiments several times, the optimal heat treatment condition is to be maintained at 2,000 to 2,500°C for 3 to 4 hours.

- 종래 CVD-SiC의 XRD 분석 결과-XRD analysis result of conventional CVD-SiC

종래 CVD-SiC 의 격자 구조(Crystal Structure)를 확인하기 위하여 XRD 분석을 실시하였다, XRD analysis was performed to confirm the crystal structure of conventional CVD-SiC.

도 7은 XRD 분석 결과에 대한 종래 제품의 피크 값을 그래프로 나타낸 도면이다.7 is a graph showing the peak values of conventional products with respect to the XRD analysis results.

그리고, 표 4는 Peak List로서 그 값은 도 7의 그래프 값을 표로서 숫자로 나타낸 값이다. 또한, 표 5는 도7과 표4의 Identified Patterns List로서 레퍼런스 코드이다. 즉. 표5에서 숫자 “03-065-0360” 이 레퍼런스 코드이다. In addition, Table 4 is a peak list, and the values are numerical values representing the graph values of FIG. In addition, Table 5 is a reference code as the Identified Patterns List of Figs. 7 and 4. In other words. In Table 5, the number “03-065-0360” is the reference code.

표4.Table 4.

Figure 112018119664426-pat00004
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표5.Table 5.

Figure 112018119664426-pat00005
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도 7, 상기 표4, 및 표 5에 의하여, 종래의 CVD-SiC 의 격자 구조는 3C-SiC 임을 확인할 수가 있다. 7, Table 4, and Table 5, it can be confirmed that the lattice structure of the conventional CVD-SiC is 3C-SiC.

- 본원 발명의 XRD 분석 결과 -XRD analysis result of the present invention

본원 발명의 공정을 사용하고 식각공정 향상을 위한 열처리(H-Clean)도 한 후에 CVD-SiC 의 격자 구조(Crystal Structure)를 확인하기 위하여 XRD 분석을 실시하였다, After using the process of the present invention and heat treatment (H-Clean) to improve the etching process, XRD analysis was performed to confirm the crystal structure of CVD-SiC.

도 8은 본원 발명의 공정을 사용하고 2 단게 열처리(H-Clean) 후에 XRD 분석 결과에 대한 피크 값을 그래프로 나타낸 도면이다.8 is a graph showing the peak value for the XRD analysis result after using the process of the present invention and after a two-stage heat treatment (H-Clean).

도 7과 도 8과 비교하여 보면, 도 7에서는 뾰족한 5개의 피크(peak)를 확할 수 있고, 도 8에서는 뾰족한 5개의 피크도 확인되지만, 상기 뾰족한 피크 주변에 작은 피크도 확인할 수 있다. 그리고, 도 8에서 확인되는 뾰족한 피크 주변에 작은 피크를 확인하여 보면 6H-SiC 임을 알 수가 있다. In comparison with FIGS. 7 and 8, in FIG. 7, five sharp peaks can be confirmed, and in FIG. 8, five sharp peaks are also observed, but small peaks around the sharp peak can also be confirmed. In addition, it can be seen that it is 6H-SiC by checking the small peak around the sharp peak identified in FIG. 8.

이때, 표 6은 Peak List로서 그 값은 도 8의 그래프 값을 표로서 더 자세히 나타낸 값이다. 또한, 표 7은 Identified Patterns List로서 도8과 표6의 레퍼런스 코드이다. At this time, Table 6 is a Peak List, and its value is a value showing the graph value of FIG. 8 in more detail as a table. In addition, Table 7 is the Identified Patterns List, which is the reference code of Figs. 8 and 6.

즉, 표 7에서, 숫자 “03-065-0360” 는 3C-SiC를 나타내는 레퍼런스 코드이고, 숫자 “00-049-1428” 는 6H-SiC를 나타내는 레퍼런스 코드이다. 즉 도 8의 피크에서는 3C-SiC 이외에 6H-SiC도 확인된다는 것이다. That is, in Table 7, the number “03-065-0360” is a reference code representing 3C-SiC, and the number “00-049-1428” is a reference code representing 6H-SiC. That is, in the peak of FIG. 8, in addition to 3C-SiC, 6H-SiC is also confirmed.

한편 표 6에서는 6H-SiC의 레퍼런스 코드(004-049-1428)를 가지는 피크(표 6에서 빨간 글씨로 나타내었다.)가 6개 존재함을 확인할 수가 있다. Meanwhile, in Table 6, it can be seen that there are six peaks (indicated in red letters in Table 6) having a reference code of 6H-SiC (004-049-1428).

표6. Table 6.

Figure 112018119664426-pat00006
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표7. Table 7.

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결론적으로 본원 발명의 실시예인, 도 8, 상기 표6, 및 표 7에 의하여, 본원 발명의 CVD-SiC 의 격자 구조는 6H-SiC 임을 확인할 수가 있다In conclusion, it can be confirmed that the lattice structure of the CVD-SiC of the present invention is 6H-SiC by referring to Fig. 8, Table 6, and Table 7, which are examples of the present invention.

- 3C-SiC와 6H-SiC의 비율 변화 측정 -Measurement of the ratio change between 3C-SiC and 6H-SiC

도8에서 도시된 XRD 분석 결과를 통하여 6H-SiC의 비율을 확인할 수 있었다. 즉, 3C-SiC 와 6H-SiC 피크의 높이 차이로 성분 비율을 확인할 수가 있다는 것이다. The ratio of 6H-SiC could be confirmed through the XRD analysis results shown in FIG. 8. In other words, the component ratio can be confirmed by the difference in height between the 3C-SiC and 6H-SiC peaks.

본원 발명의 제조 공정 조건을 도입하여 CVD-SiC를 제조한후에 α-SiC 상전이(H-Clean) 열처리 (H-Clean) 온도를 1,500℃로 하고 시간을 1 시간 정도 유지하면, 6H-SiC의 비율이 10% 인 것을 알 수가 있었다, After CVD-SiC is manufactured by introducing the manufacturing process conditions of the present invention, if the α-SiC phase transition (H-Clean) heat treatment (H-Clean) temperature is set to 1,500°C and the time is maintained for about 1 hour, the ratio of 6H-SiC is reduced. I could see that it was 10%,

그리고, α-SiC 상전이(H-Clean) 열처리 (H-Clean) 시간을 7시깐까지 올리고 6H-SiC의 비율을 측정한 결과 6H-SiC의 비율이 70 % 까지 증가됨을 알 수가 있었다. 즉, SiC 전체에서 6H-SiC의 비율이 10 ∼ 70 % 인 것을 알 수가 있다. 즉, 이것을 식으로 나타내면 아래와 같다. In addition, as a result of raising the α-SiC phase transition (H-Clean) heat treatment (H-Clean) time to 7 hours and measuring the ratio of 6H-SiC, it was found that the ratio of 6H-SiC increased to 70%. That is, it can be seen that the proportion of 6H-SiC in the entire SiC is 10 to 70%. In other words, this is expressed as an equation as follows.

10 ≤(6H-SiC 의 질량)/((6H-SiC 의 질량)+(3C-SiC 의 질량)) ≤ 70 한편, 6H-SiC 증가되면, 조직 밀도가 치밀해지고, 식각성이 좋아지게 되어, 에칭 제조 공정에서 수율 향상과 원가 절감에 따른 생산성이 증가되도록 하는 CVD-SiC를 제조할 수가 있게 되었다. 10 ≤ (Mass of 6H-SiC)/((Mass of 6H-SiC) + (Mass of 3C-SiC)) ≤ 70 On the other hand, when 6H-SiC increases, the structure density becomes dense and the etchability becomes better, In the etching manufacturing process, it is possible to manufacture CVD-SiC that increases productivity due to improved yield and cost reduction.

도 9는 종래 SiC와 본원 발명의 6H-SiC의 결정 구조 사진이다. 9 is a photograph of the crystal structure of conventional SiC and 6H-SiC of the present invention.

도 9에서 볼 수 있는 바와 같이 CVD-SiC Micro-Structure 를 비교하여 보면, α-SiC 상전이(H-Clean) 열처리(H-Clean) 후에 조직의 밀도가 훨씬 세밀함을 알 수 있었다. 즉, α-SiC 상전이(H-Clean) 열처리(H-Clean) 후에 3C-SiC 가 6H-SiC 로 변환되어 조직 밀도가 치밀해졌 음을 XRD 분석결과와 Micro-Structure 확인을 통하여 알 수가 있었다. When comparing the CVD-SiC Micro-Structure as shown in FIG. 9, it was found that the density of the structure was much finer after the α-SiC phase transition (H-Clean) heat treatment (H-Clean). That is, after α-SiC phase transition (H-Clean) heat treatment (H-Clean), 3C-SiC was converted to 6H-SiC and the structure density became dense, through XRD analysis results and micro-structure confirmation.

본원 발명은 CVD법으로 성장된 3C-SiC를 식각공정용 Etch Ring에 적용하여, 수명향상을 위한 제품화 기술이기도 하다. The present invention is also a commercialization technology for improving life by applying 3C-SiC grown by the CVD method to an etch ring for an etching process.

도 9는 광학현미경으로 1200배 확대한 조직 구조이다. 9 is a tissue structure magnified 1200 times with an optical microscope.

도 9의 사진에서 알 수 있듯이 본원 발명의 6H-SiC 결정 구조 내의 빗살무늬(Twin)가 많이 형성됨을 알 수 있다. 그러나, 종래의 SiC 결정 구조 내에는 빗살무늬(Twin)가 낮은 수준으로 형성됨을 알 수 있다.As can be seen from the photo of FIG. 9, it can be seen that a lot of comb patterns (Twin) are formed in the 6H-SiC crystal structure of the present invention. However, it can be seen that a comb pattern (Twin) is formed at a low level in the conventional SiC crystal structure.

한편, 입자와 입자 사이의 경계를 입계(grain boundary)라고 하고, 입자 내를 입내라고 할 때, 본원 발명의 SiC는 종래 SiC보다 입내 내에서의 빗살무늬(Twin)가 상당 수준으로 증가되었다. On the other hand, when the boundary between the particle and the particle is called a grain boundary and the inside of the particle is called grain, the SiC of the present invention has a significant increase in the twin in the grain than the conventional SiC.

도 10과 도11은 본원 발명 제품의 CVD-SiC 광투과율에 따른 결정성을 나타낸 도면이다.10 and 11 are diagrams showing the crystallinity according to the CVD-SiC light transmittance of the product of the present invention.

도 10과 도 11에서 “O/R”은 종래 제품이고, “DST”는 본원 발명의 제품이다. 본원 발명의 SIC를 두께 5 mm 이상 15 mm 이하로 시편을 만들고, 백색 LED 광을 조사할 경우 노랑색 파장이 투과됨을 알 수가 있다. In FIGS. 10 and 11, “O/R” is a conventional product, and “DST” is a product of the present invention. It can be seen that when the SIC of the present invention is made of a specimen having a thickness of 5 mm or more and 15 mm or less and irradiated with white LED light, the yellow wavelength is transmitted.

이때, 백색 LED 광에서 노랑색 파장이 투과되어 노랑색으로 보이는 것도 본원 발명의 제품의 특징이다. At this time, it is a characteristic of the product of the present invention that a yellow wavelength is transmitted from the white LED light to appear yellow.

도 12와 도13은 종래 SiC와 본원 발명의 6H-SiC가 포함된 SiC의 굴곡 강도를 나타낸 도면이다. 12 and 13 are views showing the flexural strength of conventional SiC and SiC containing 6H-SiC of the present invention.

본원 발명의 6H-SiC는 굴곡강도가 증가하고 편차가 감소하는 결과를 나타내었다. 6H-SiC of the present invention showed a result that the flexural strength increased and the deviation decreased.

즉, 도 13에서 보는 바와 같이 종래의 SiC의 굴곡 강도는 350 ∼ 500MPa, 이고 본원 발명의 6H-SiC가 포함된 제품의 굴곡강도는 350 ∼ 650MPa 이다.That is, as shown in FIG. 13, the conventional SiC has a flexural strength of 350 to 500 MPa, and the product containing 6H-SiC of the present invention has a flexural strength of 350 to 650 MPa.

그리고, 도 14는 굴곡 강도를 측정하는 방법을 나타내는 도면이다. 즉 도 14의(A)는 준비된 시편을 나타내고, 14의(B)는 굴곡 강도 시험후 균열이 발생된 시편을 나타내며, 14의(C)는 굴곡 강도 실험의 원리를 나타내는 그림이다. 14의(C)은 몇 mm 휘어진 다음 균열이 생기는 가를 보여주게 된다. And, Fig. 14 is a diagram showing a method of measuring the flexural strength. That is, Fig. 14(A) shows the prepared specimen, 14(B) shows the specimen in which cracks have occurred after the flexural strength test, and 14(C) shows the principle of the flexural strength test. Fig. 14(C) shows how many mm of bending and then cracking occurs.

한편 굴곡 강도 시험에 사용되는 시료의 조건은 아래와 같다. Meanwhile, the conditions of the sample used for the flexural strength test are as follows.

시료 사이즈 : 폭 10mm, 두께 4mm, Sample size: width 10mm, thickness 4mm,

지점거리 20mm, 하중변위 0.01mm Point distance 20mm, load displacement 0.01mm

그리고, 굴곡 강도 측정결과 종래 SiC 의 평균변위량은 0.087mm 이고, 본원 발명의 6H-SiC가 포함된 SiC의 평균변위량은 0.096mm 이다. And, as a result of measuring the flexural strength, the average displacement amount of conventional SiC is 0.087 mm, and the average displacement amount of SiC containing 6H-SiC of the present invention is 0.096 mm.

한편, 본원 발명의 SiC를 고배율의 현미경으로 관찰한 결과 그 특징은 아래와 같다. On the other hand, as a result of observing the SiC of the present invention with a high magnification microscope, the characteristics are as follows.

□ CVD-SiC 성막 성장면 미세 조직 □ CVD-SiC film formation growth surface microstructure

- X500배율, Optical Microscope -X500 magnification, Optical Microscope

- ZONE Ⅲ 성장 형태(Competitive texture) -ZONE Ⅲ Growth type (Competitive texture)

- Grain Size 약 40 ∼ 100㎛ -Grain size about 40 ∼ 100㎛

- Packed Fibrous Grain 약 20 ∼ 40㎛ -Packed Fibrous Grain about 20 ∼ 40㎛

- 성막은 Ts/Tm 0.5 이상 조건임. -Film formation is under Ts/Tm 0.5 or higher condition.

따라서, 따라서 성장면 Grain Size는 평균 약 40 ∼ 100㎛로 확인되었고, 또, ZONE Ⅱ 성장형태로 Grain Boundary 사이 Voids Trap(Self Shadowing)은 나타나지 않았다. Therefore, the grain size of the growth surface was confirmed to be about 40 ~ 100㎛ on average, and there was no Voids Trap (Self Shadowing) between the grain boundaries in the ZONE II growth type.

□ CVD-SiC 성막 단면 주상정 조직□ CVD-SiC film formation cross-section columnar structure

- X500배율, Optical Microscope -X500 magnification, Optical Microscope

- ZONE Ⅲ 성장 형태(Competitive texture) -ZONE Ⅲ Growth type (Competitive texture)

- Columnar Grain 약 70 ∼ 120㎛ -Columnar Grain about 70 ∼ 120㎛

- Packed Fibrous Grain 약 20 ∼ 40㎛ -Packed Fibrous Grain about 20 ∼ 40㎛

- 성막 중간은 Ts/Tm 0.5 이상 조건임. -In the middle of film formation, Ts/Tm 0.5 or higher conditions.

- 성막 양측은 Ts/Tm 0.2 이상 조건임, -Both sides of the film formation are under Ts/Tm 0.2 or higher conditions,

따라서, 성막 Columnar Grain Size는 평균 약 70 ∼ 120㎛로 확인되었고, 또, 경우에 따라 잘 발달된 등축정 조직은 150㎛ 이상 크기가 확인되어 우수한 조직 상태를 나타내고 있다. Accordingly, the film-forming columnar grain size was confirmed to be about 70 to 120 µm on average, and in some cases, the well-developed equiaxed crystal structure was confirmed to have a size of 150 µm or more, indicating an excellent structure.

도 14는 XRD Peak로 나타낸 도면으로 3C-SiC 와 6H-SiC 의 비율을 확인할 수 있는 방법을 제시하는 도면이다. FIG. 14 is a diagram showing a method of confirming the ratio of 3C-SiC and 6H-SiC as a diagram represented by XRD Peak.

도 14의 맨 위에 그래프는 종래 제품으로 3C-SiC 의 피크만 5개 존재함을 알 수 있다. The graph at the top of FIG. 14 is a conventional product, and it can be seen that only 5 peaks of 3C-SiC exist.

그리고, 도 14의 위에서 두 번째 그래프는 6H-SiC의 피크의 높이가 3C-SiC의 피크의 높이의 30 % 수준인 것을 알 수 있다. 따라서, 이경우는 전체 SiC에서 6H-SiC가 차지하는 값은 23 % 가 된다. In the second graph from the top of FIG. 14, it can be seen that the height of the peak of 6H-SiC is at the level of 30% of the height of the peak of 3C-SiC. Therefore, in this case, the value occupied by 6H-SiC in all SiC is 23%.

또한, 도 14의 맨 아래 그래프는 6H-SiC의 피크의 높이가 3C-SiC의 피크의 높이의 50 % 수준인 것을 알 수 있다. 따라서, 이경우는 전체 SiC에서 6H-SiC가 차지하는 값은 33 % 가 된다. In addition, the bottom graph of FIG. 14 shows that the height of the peak of 6H-SiC is 50% of the height of the peak of 3C-SiC. Therefore, in this case, the value occupied by 6H-SiC in the total SiC is 33%.

이러한 방법으로 다양한 비교 실험을 한 결과 본원 방명에서는 전체 SiC에서 6H-SiC가 차지하는 값은 10 %이상에서 70 % 이하까지 확인되었다. As a result of various comparative experiments in this way, in the present room, the value occupied by 6H-SiC in the total SiC was confirmed from 10% to 70%.

도 15내지 도 17에서는 식각 시험후 식각량 변화를 나타내었다. 15 to 17 show the change in the amount of etching after the etching test.

즉, 도 15내지 도 17의 실험을 통하여 본원 발명의 제품이 종래 제품보다 더 내식성을 가짐을 알 수가 있다.That is, it can be seen through the experiments of FIGS. 15 to 17 that the product of the present invention has more corrosion resistance than the conventional product.

도 15는 프라즈마 챔버(Plasma chamber)에서의 식각과 식각 비율을 나타낸 도면이다.15 is a diagram showing an etching rate and an etching rate in a plasma chamber.

도 16은 식각시험후 조도 변화를 나타낸 도면이다. 즉, 도 16은 종래 SiC와 본원 발명의 6H-SiC의 식각 시험후 조도 변화를 나타낸 것이다. 16 is a diagram showing a change in roughness after an etching test. That is, FIG. 16 shows changes in roughness after etching test of conventional SiC and 6H-SiC of the present invention.

본원 발명의 6H-SiC는 표면조도 Ra값이 2.0이하로 측정되어, 종래 SiC 보다 식각량이 감소됨을 확인할 수 있다. The 6H-SiC of the present invention has a surface roughness Ra of 2.0 or less, and it can be seen that the etching amount is reduced compared to the conventional SiC.

도 17은 1200배율 광학현미경로 관찰된 조직 형상을 나타낸 사진이다. 17 is a photograph showing a tissue shape observed with a 1200 magnification optical microscope.

도 17의 (A)는 식각후 종래 제품의 사진이고, 도 17의 (B)는 식각후 본 발명 제품의 사진이다.17A is a photograph of a conventional product after etching, and FIG. 17B is a photograph of the product of the present invention after etching.

상기 도(A)의 사진을 보면, 주변이 어두운 둥그런 형상이 나타나는 데, 이러한 둥그런 형상은 식각에 의하여 조직이 파인 경우이다. 그러나 도(B)에는 이러한 둥그런 형상이 나타나지 않는다. 따라서 본원 발명의 제품이 식각성이 매우 우수함을 확인할 수 있다. Looking at the photograph of FIG. (A), a dark round shape appears, and this round shape is a case where the tissue is broken by etching. However, this round shape does not appear in Fig. (B). Therefore, it can be confirmed that the product of the present invention has very excellent etching properties.

도 18내지 도 20은 일반적인 샤워 헤드의 구조를 나타낸 도면이다.18 to 20 are views showing the structure of a general shower head.

도 18은 박막형성 장치의 일반적인 구조도이다. 즉, 일반적인 CVD 설비는 도 18에 도시된 바와같이 증착 챔버(C)를 형성하는 본체(101)가 있고, 상기 증착 챔버(C)에는 웨이퍼(W)를 안착시키는 서셉터(102)가 있고, 상기 서셉터(102)의 내부에는 웨이퍼(W)에 열을 가하도록 히터(3)가 설치되어 있으며, 상기 서셉터(102)의 상부에는 웨이퍼(W)에 공정 가스를 분사하기 위한 샤워 헤드(110)가 설치되어 있다.18 is a general structural diagram of a thin film forming apparatus. That is, a general CVD facility has a body 101 forming a deposition chamber C as shown in FIG. 18, and a susceptor 102 for mounting a wafer W in the deposition chamber C, A heater 3 is installed in the susceptor 102 to apply heat to the wafer W, and a shower head for injecting a process gas to the wafer W is provided above the susceptor 102. 110) is installed.

상기 샤워 헤드(112)는 소정의 체적을 가지는 샤워 헤드 몸체(111)의 내부에 공정 가스가 유입되는 버퍼 공간부(112)가 형성되어 있고, 상기 샤워 헤드 몸체(111)의 저면에는 상기 버퍼 공간부(12)에 유입된 공정 가스들이 웨이퍼(W)의 상면에 분사되도록 복수 개의 분사홀(113a)이 관통 형성된 분사판(113)이 설치되어 있다.The shower head 112 has a buffer space part 112 through which process gas is introduced into the shower head body 111 having a predetermined volume, and the buffer space 112 is provided on the bottom of the shower head body 111. A spray plate 113 having a plurality of spray holes 113a through which the process gases introduced into the portion 12 are sprayed onto the upper surface of the wafer W is provided.

미설명 부호(112a)는 가스가 공급되는 가스 공급관을 나타낸다. 이와 같이 구성된 증착 장비는 먼저, 웨이퍼(W)의 상면에 박막을 증착 시키기 위해서 서셉터(102)의 상면에 웨이퍼(W)를 탑재 하고 웨이퍼(W)를 일정 온도로 가열한 상태에서 샤워 헤드(110)의 버퍼 공간부(112)에 유입된 증착 가스와 캐리어 가스 및 산소로 이루어진 공정가스를 서셉터(102)에 안착되어 있는 웨이퍼(W)의 상면에 분사하여 일정 두께의 증착막을 형성하게 된다. 보통 히터(103)의 가열 온도는 350℃ ~ 500℃ 정도로 설정된다.Reference numeral 112a, which is not described, denotes a gas supply pipe through which gas is supplied. First of all, in order to deposit a thin film on the upper surface of the wafer W, the deposition equipment configured as described above is to mount the wafer W on the upper surface of the susceptor 102 and heat the wafer W to a certain temperature. A process gas consisting of a deposition gas, a carrier gas, and oxygen introduced into the buffer space 112 of 110 is sprayed onto the upper surface of the wafer W seated on the susceptor 102 to form a deposition film having a predetermined thickness. . Usually, the heating temperature of the heater 103 is set to about 350 ℃ ~ 500 ℃.

한편, 내부 분산 플레이트(113)가 버퍼 공간부(112)의 내부에 위치되어 있는 것이 보여진다. 상기 내부 분산 플레이트(113)는 상기 가스 공급관(111)을 통해 인가되는 가스를 내부공간에 분산시켜 상기 분사판(115)으로 공급하는 역할을 한다. On the other hand, it is shown that the internal dispersion plate 113 is located inside the buffer space 112. The internal dispersion plate 113 serves to distribute the gas applied through the gas supply pipe 111 in the internal space and supply it to the spray plate 115.

도 19와 도 20은 샤워 헤드 조립체의 구조도예이다. 내부에 형성된 버퍼 공간부에 공정 가스가 유입되는 샤워 헤드 몸체(111)와, 상기 샤워 헤드 몸체의 저면에 설치되어 상기 버퍼 공간부에유입된 가스를 분사하는 분사판(115)과, 상기 버퍼 공간부에 설치되고 상기 분사판의 상부에서 상기 분사판과 실질적으로 동일한 직경으로 이루어지며 복수의 분산 홀(121)들이 형성된 내부 분산 플레이트(120)를 구비한 조립체구조가 보여진다.19 and 20 are structural diagrams of a shower head assembly. A shower head body 111 through which process gas flows into the buffer space formed therein, a spray plate 115 installed on the bottom of the shower head body to inject the gas flowing into the buffer space, and the buffer space An assembly structure including an internal dispersion plate 120 installed on the portion and having substantially the same diameter as the spray plate on the top of the spray plate and having a plurality of dispersion holes 121 is shown.

상기 내부 분산 플레이트(120)는, 상기 분사판(115)의 외경 프레임의 가장자리에 고정적으로 설치될 수있으며, 상기 분산 홀(121)들은, 상기 샤워 헤드의 중심점에 대하여 동심원을 이루면서 방사선 형태로 확장 형성되어질 수 있다. 또한, 상기한 바와 같은 내부 분산 플레이트(120)를 가지는 샤워 헤드 조립체는 화학 기상 증착장비에 바람직하게 적용될 수 있다.The internal dispersion plate 120 may be fixedly installed at the edge of the outer diameter frame of the spray plate 115, and the dispersion holes 121 expand in a radiation shape while forming a concentric circle with respect to the center point of the shower head. Can be formed. In addition, the shower head assembly having the internal dispersion plate 120 as described above can be preferably applied to chemical vapor deposition equipment.

이‹š, 본원 발명에서는 샤워 헤드 내에 분산 플레이트(120) 재질을 SiC로 하는 것을 특징으로 한다. 그리고 상기 SiC는, "SiC 전체에서 6H-SiC의 비율이 10 ～ 70 % 인 SiC 안" 것을 특징으로 한다. In this case, in the present invention, the material of the dispersion plate 120 in the shower head is made of SiC. In addition, the SiC is characterized in that "in SiC, the ratio of 6H-SiC in the whole SiC is 10 to 70%".

화학기상증착의 방법인 본원 발명의 도 1내지 도 3의 실시예를 통하여 얻어진 실리콘 카바이드는 β- SiC 인 3C-SiC 이며, 상기 β- SiC 인 3C-SiC 가 상전이 공정을 통하여 α- SiC 인 6H-SiC 로 만들어지는 것이다. The silicon carbide obtained through the examples of FIGS. 1 to 3 of the present invention, which is a method of chemical vapor deposition, is 3C-SiC, which is β-SiC, and 3C-SiC, which is β-SiC, is 6H, which is α-SiC through a phase transfer process. It is made of -SiC.

따라서, 상전이 공정 조건에 따라 α- SiC 인 6H-SiC 의 비율이 달라질 수가 있다. 그러므로, SiC 전체에서 6H-SiC의 비율이 10 ～ 70 % 인 것을 실험을 통하여 알 수가 있다. 즉, 3C-SiC 중에서 10 % 만 6H-SiC로 상전이 될 수도 있고, 70% 가 6H-SiC로 상전이 될 수가 있다. Accordingly, the ratio of 6H-SiC, which is α-SiC, may vary depending on the phase transition process conditions. Therefore, it can be known through experiment that the ratio of 6H-SiC in the whole SiC is 10 to 70%. That is, only 10% of 3C-SiC may be phase-changed to 6H-SiC, and 70% may be phase-changed to 6H-SiC.

그리고, 이것을 식으로 나타내면 아래와 같다. And, if this is expressed by the formula, it is as follows.

10 ≤((6H-SiC의 질량)/((6H-SiC의 질량)+(3C-SiC의 질량))) x 100 ≤ 70 10 ≤((mass of 6H-SiC)/((mass of 6H-SiC)+(mass of 3C-SiC))) x 100 ≤ 70

한편, 6H-SiC가 증가되면, 조직 밀도가 치밀해지고, 식각성이 좋아지게 되어, 에칭 제조 공정에서 수율 향상과 원가 절감에 따른 생산성이 증가되도록 하는 CVD-SiC를 제조할 수가 있게 되었다. On the other hand, when 6H-SiC is increased, the structure density becomes dense and the etching property is improved, and thus CVD-SiC can be manufactured to increase the productivity by improving the yield and reducing cost in the etching manufacturing process.

결과적으로, 본원 발명에서는 화학기상증착에 의하여 만들어진 3C-SiC 를 상전이하여 일정 비율 6H-SiC 가 포함되어 있는 SiC로 샤워헤드를 제조하는 것을 특징으로 한다. 특히 샤워헤드 중에서 분산 플레이트(120)를 "화학기상증착에 의하여 만들어진 3C-SiC 를 상전이하여 일정 비율 6H-SiC 가 포함되어 있는 SiC로" 제조 하는 것을 특징으로 한다. As a result, in the present invention, a showerhead is manufactured from SiC containing a certain ratio of 6H-SiC by phase-transferring 3C-SiC made by chemical vapor deposition. In particular, the dispersion plate 120 in the showerhead is characterized in that "SiC containing a certain ratio of 6H-SiC by phase-transferring 3C-SiC made by chemical vapor deposition" is manufactured.

따라서, 도 4내지 도 17까지의 특성은 본원 발명의 분산 플레이트(120) 혹은 샤워헤드의 특성이 된다.Accordingly, the characteristics of Figs. 4 to 17 are characteristics of the dispersion plate 120 or the showerhead of the present invention.

도 21는 분산 플레이트의 단면을 나타낸 실시예의 도면이다.21 is a diagram of an embodiment showing a cross section of a dispersion plate.

실제로 분산 플레이트(120)에는 분산홀(121)이 구비되며, 따라서, 도 21은 분산홀(121)이 구비되지 않은 가장자리 한 측면의 단면이 된다. In fact, the dispersion hole 121 is provided in the dispersion plate 120, and thus, FIG. 21 is a cross-section of one side of the edge where the dispersion hole 121 is not provided.

본원 발명의 앞의 실시예에서는, 화학기상증착을 실시할 때, 공급되는 원료에서 N2의 양을 조절하여 SiC 내에 질소 농도를 조절하는 방법을 제시하고 있다.In the previous example of the present invention, when performing chemical vapor deposition, a method of controlling the nitrogen concentration in SiC by controlling the amount of N2 in the raw material supplied is proposed.

그리고, 질소 값에 따라 SiC의 저항값에도 차이가 나게 된다, 그리고, 분산홀(121) 표면 만 저저항 이면 되므로, 분산홀(121)의 단면에서 중간 부분은 저저항일 필요가 없게 된다.In addition, the resistance value of SiC varies according to the nitrogen value, and since only the surface of the dispersion hole 121 needs to have low resistance, the middle portion of the cross section of the dispersion hole 121 does not need to have low resistance.

즉, 도 21의 단면에서, 윗층(250-1)과 아래층(250-3) 은 0.3 Ω 이하이고, 중간층(250-2)는 1 Ω 혹은 100 Ω 이상도 가능하다, 또한 증간층은 스테인레스 스틸 혹은 알루미늄도 사용 가능하다.That is, in the cross section of FIG. 21, the upper layer 250-1 and the lower layer 250-3 are 0.3 Ω or less, and the intermediate layer 250-2 may be 1 Ω or 100 Ω or more, and the additional layer is stainless steel. Alternatively, aluminum can be used.

10 : 헤더 20 : 분사 Line
31 : 공급관 32 : 노즐
30 : 시니타리 체결 40 : 증착로
50 : 집진기(scrubber) 10: header 20: spray line
31: supply pipe 32: nozzle
30: synitary fastening 40: evaporation furnace
50: dust collector (scrubber)

Claims (4)

실리콘 카바이드(SIC)는 MTS(Methyltrichlorosilane), 수소(H2) 및 질소(N2) 가스가 사용되어, 화학기상 증착법에 의하여 제조되고,
상기 화학기상 증착법에 의하여 제조된 SIC는 β- SiC(3C-SiC) 이고,
상기 화학기상 증착법에 의하여 생성된 상기 실리콘 카바이드(SIC)가 상전이 공정을 통하여 6H-SiC로 만들어지고,
상기 상전이 공정을 거친 SIC 내에서 6H-SiC의 질량 비율은
"10% ≤((6H-SiC 의 질량)/((6H-SiC 의 질량)+(3C-SiC 의 질량)))x100 ≤70%" 일 때,
6H-SiC 가 10 ∼ 70 % 포함된 SIC 로 샤워헤드의 분산 플레이트가 제조 되는 것을 특징으로 하는 식각 특성이 향상된 SiC가 사용된 샤워 헤드가 구비된 반도체 제조 장비.
Silicon carbide (SIC) is prepared by a chemical vapor deposition method using MTS (Methyltrichlorosilane), hydrogen (H2) and nitrogen (N2) gas,
The SIC prepared by the chemical vapor deposition method is β-SiC (3C-SiC),
The silicon carbide (SIC) produced by the chemical vapor deposition method is made of 6H-SiC through a phase transfer process,
The mass ratio of 6H-SiC in the SIC that has undergone the phase transfer process is
When "10% ≤((6H-SiC mass)/((6H-SiC mass)+(3C-SiC mass)))x100 ≤70%",
Semiconductor manufacturing equipment equipped with a shower head using SiC with improved etching characteristics, characterized in that the dispersion plate of the showerhead is manufactured with SIC containing 10 to 70% of 6H-SiC.
 제 1항에 있어서,
상기 실리콘 카바이드(SIC)를 두께 5 mm 이상 15 mm 이하로 시편을 만들고, 백색 LED 광이 조사되면 노랑색 파장이 투과되는 것을 특징으로 하는 식각 특성이 향상된 SiC가 사용된 샤워 헤드가 구비된 반도체 제조 장비.
The method of claim 1,
Semiconductor manufacturing equipment equipped with a shower head using SiC with improved etching characteristics, characterized in that the silicon carbide (SIC) specimen is made with a thickness of 5 mm or more and 15 mm or less, and a yellow wavelength is transmitted when white LED light is irradiated. .
 제 1항에 있어서,
상기 실리콘 카바이드(SIC)의 입자내에 빗살무늬 구조가 형성된 것을 특징으로 하는 식각 특성이 향상된 SiC가 사용된 샤워 헤드가 구비된 반도체 제조 장비.
The method of claim 1,
Semiconductor manufacturing equipment provided with a shower head using SiC having improved etching characteristics, characterized in that a comb pattern structure is formed in the particles of the silicon carbide (SIC).
 제 1항에 있어서,
상기 실리콘 카바이드(SIC)를 XRD 분석하여 피크를 확인할 경우 상기 피크가 복수개 형성되고, 상기 피크 중에 서 레퍼런스 코드가 “004-049-1428”인 피크가 6개 존재하는 것을 특징으로 하는 식각 특성이 향상된 SiC가 사용된 샤워 헤드가 구비된 반도체 제조 장비.The method of claim 1,
When a peak is confirmed by XRD analysis of the silicon carbide (SIC), a plurality of the peaks are formed, and among the peaks, there are six peaks with a reference code of “004-049-1428”. Semiconductor manufacturing equipment equipped with a shower head using SiC.
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