KR20130107001A - 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 증착 장치는, 서셉터; 상기 서셉터에 수용되는 웨이퍼 홀더를 포함하고, 상기 서셉터 또는 상기 웨이퍼 홀더는 단열층을 포함한다.

Description

증착 장치{APPARATUS FOR DEPOSITION}
실시예는 증착 장치에 관한 것이다.
일반적으로 기판 또는 웨이퍼(wafer)상에 다양한 박막을 형성하는 기술 중에 화학 기상 증착 방법(Chemical Vapor Deposition; CVD)이 많이 사용되고 있다. 화학 기상 증착 방법은 화학 반응을 수반하는 증착 기술로, 소스 물질의 화학 반응을 이용하여 웨이퍼 표면상에 반도체 박막이나 절연막 등을 형성한다.
이러한 화학 기상 증착 방법 및 증착 장치는 최근 반도체 소자의 미세화와 고효율, 고출력 LED 개발 등으로 박막 형성 기술 중 매우 중요한 기술로 주목받고 있다. 현재 웨이퍼 상에 규소 막, 산화물 막, 질화규소 막 또는 산 질화규소 막, 텅스텐 막 등과 같은 다양한 박막들을 증착하기 위해 이용되고 있다. 또한, 제조 단가를 낮추기 위해 대구경의 웨이퍼가 꾸준히 연구되고 있다.
그러나, 현재 사용되고 있는 화학 기상 증착 방법의 경우에는 박막이 형성되는 기판 또는 웨이퍼가 수용되는 서셉터 내부의 온도 분포가 불균일할 수 있다. 즉, 반응 챔버 내에 수용되고, 외부의 가열 부재 등에 의해 가열되는 서셉터 내부의 온도가 전체적으로 균일하지 않을 수 있고, 이에 따라 서셉터 내부에 수용되는 기판 또는 웨이퍼 상에 형성되는 박막의 두께 및 농도도 함께 불균일하게 증착될 수 있다.
또한, 상기 서셉터 내부의 열이 서셉터 외부로 빠져나감에 따라, 상기 서셉터 내부에 열손실이 발생하게 되므로, 기판 또는 웨이퍼 상에 증착되는 박막의 두께 및 농도에 영향을 줄 수 있다.
이에 따라, 기판 또는 웨이퍼 상에 균일한 박막 증착을 위해 상기 서셉터 내부의 열손실을 방지할 수 있고, 균일한 온도분포를 가지는 서셉터의 필요성이 대두된다.
실시예는 기판 또는 웨이퍼에 박막 증착 시 서셉터 내부의 열손실을 방지할 수 있고, 서셉터 내부의 온도를 균일하게 유지할 수 있는 증착 장치를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 증착 장치는, 서셉터; 상기 서셉터에 수용되는 웨이퍼 홀더를 포함하고, 상기 서셉터 또는 상기 웨이퍼 홀더는 단열층을 포함한다.
실시예에 따른 증착 장치는 서셉터 및/또는 웨이퍼 홀더에 단열층이 코팅될 수 있다. 즉, 상기 서셉터 및/또는 웨이퍼 홀더의 적어도 일면에 단열층이 코팅될 수 있다.
또한, 상기 단열층은 탄탈륨카바이드층, 질화하푸늄층, 탄화규소층, 질화알루미늄층, 질화티타늄층 또는 질화탄탈륨층을 포함하는 제 1 단열층 및 제 2 단열층이 서로 교대로 적층되어 형성된다.
이러한 단열층은 단열층 내에서 전자 또는 포논의 이동 경로 즉, 평균자유행로(mean free path)를 감소시킬 수 있다. 즉, 상기 단열층에서 상기 제 1 단열층과 상기 제 2 단열층 사이의 인터페이스(interface)에 의한 포논 스캐터링(phonon scattering)을 증가시키고, 상기 증가된 포논 스캐터링은 전자 또는 포논의 평균 자유행로를 감소시키므로, 서셉터 외부의 열손실을 방지할 수 있고, 서셉터 내부의 온도를 전체적으로 균일하게 유지할 수 있다.
이에 따라, 서셉터 내부의 열손실을 방지할 수 있고, 온도를 균일하게 유지할 수 있으므로, 기판 또는 웨이퍼 상에 안정적으로 탄화규소 박막을 성장시킬 수 있고, 고품질의 탄화규소 에피 웨이퍼를 제조할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 증착 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 단열층의 층상 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 단열층의 층상 구조를 도시한 도면이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 실시예에 따른 증착 장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 실시예에 따른 증착 장치는 서셉터(10); 및 상기 서셉터(10)에 수용되는 웨이퍼 홀더(20)를 포함하고, 상기 서셉터(10) 및/또는 상기 웨이퍼 홀더(20)는 단열층(30)을 포함한다.
상기 서셉터(10)는 상기 웨이퍼 홀더(20)를 지지하는 서셉터 하판(12), 상기 서셉터 하판(12)과 직접 대향하는 서셉터 상판(11), 상기 서셉터 하판(12)으로부터 상기 서셉터 상판(11)으로 연장되는 서셉터 측판들(13)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 서셉터(10)는 상기 서셉터 상판(11)과 상기 서셉터 하판(12)을 서로 마주보며 위치하고, 상기 서셉터 하판(12)에서 상기 서셉터 상판(11)으로 연장되는 서셉터 측판들(13)에 의해 상기 서셉터 상판(11)과 상기 서셉터 하판(12)이 연결되는 직육면체의 형상을 포함할 수 있다.
상기 서셉터(10)는 고온 등의 조건에 견딜 수 있도록 내열성이 높고 가공이 용이한 흑연(graphite)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 서셉터(10)는 흑연 몸체에 상기 단열층(30)이 코팅된 구조를 가질 수 있다. 즉, 상기 서셉터 상판(11), 상기 서셉터 하판(12) 및 상기 서셉터 측판들(13)은 흑연을 포함하고, 상기 흑연 상에 상기 단열층(30)이 코팅된 구조를 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 서셉터 상판(11), 서셉터 하판(12) 및 서셉터 측판들(13) 중 적어도 일면에는 상기 단열층(30)이 코팅된 구조를 가질 수 있다.
상기 단열층(30)은 상기 서셉터(10) 내부 또는 외부에 코팅될 수 있다. 바람직하게는, 상기 단열층(30)은 상기 서셉터(10)의 외부에 코팅될 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 단열층(30)은 상기 서셉터 상판(11), 서셉터 하판(12) 및 서셉터 측판들(13) 중 적어도 일면의 외부에 코팅될 수 있다.
상기 단열층(30)은 상기 서셉터(10) 내부의 온도를 균일하게 유지하고, 상기 서셉터(10) 내부의 열손실을 방지할 수 있는 역할을 한다. 상기 단열층(30)에 대해서는 이하 도면을 참고하여 더 상세하게 설명한다.
상기 서셉터(10)에는 반응 기체가 유입될 수 있다. 바람직하게는, 상기 반응 기체는 탄소 및 규소를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 반응 기체는 실란(SiH4) 및 에틸렌(C2H4) 또는 실란 및 프로판(C3H8)을 포함할 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 반응 기체는 탄소 및 규소를 포함하는 다양한 반응 기체를 포함할 수 있다.
상기 서셉터(10)는 상기 서셉터(10) 외부에 위치하고 유도 코일 또는 저항식 가열 부재 등을 포함하는 가열 부재(도면에 미도시)에 의해 직접 또는 간접적으로 가열되어 박막 성장 온도까지 가열되고, 상기 서셉터(10) 내부의 온도가 상기 성장 온도까지 상승하면, 상기 서셉터(10) 내부에 수용된 기판 또는 웨이퍼와 반응 가스가 반응하여 상기 기판 또는 웨이퍼 상에는 탄화규소 박막이 증착될 수 있다.
상기 웨이퍼 홀더(20)는 상기 서셉터(10) 내부에 수용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 웨이퍼 홀더(20)는 상기 서셉터(10) 내에서 상기 반응 기체가 흐르는 방향을 기준으로 상기 서셉터(10)의 후미에 배치될 수 있다. 상기 웨이퍼 홀더(20)는 상기 기판 또는 상기 웨이퍼(W)를 지지한다. 상기 웨이퍼 홀더(20)로 사용되는 물질의 예로서는 탄화규소 또는 흑연 등을 들 수 있다. 또한, 상기 탄화규소 또는 상기 흑연 상에는 단열층(30)이 코팅될 수 있다. 바람직하게는, 상기 웨이퍼 홀더(20)의 상면에 단열층(30)이 코팅될 수 있다. 상기 단열층(30)은 상기 웨이퍼 홀더(20)의 상면에 코팅되어 상기 웨이퍼 홀더 상에 지지되는 기판 또는 웨이퍼의 온도를 균일하게 유지할 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 실시예에 따른 단열층에 대해 설명한다.
도 2는 실시예에 따른 단열층의 층상 구조를 도시한 도면이고, 도 3은 다른 실시예에 따른 단열층의 층상 구조를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 단열층(30)은 제 1 단열층(31) 및 제 2 단열층(32)을 포함한다. 바람직하게는, 상기 단열층(30)은 복수 개의 제 1 단열층(31) 및 복수 개의 제 2 단열층(32)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 단열층(31) 및 상기 제 2 단열층(32)은 서로 교대로 적층될 수 있다. 즉, 상기 단열층(30)은 복수 개의 제 1 단열층(31)과 복수 개의 제 2 단열층(32)이 서로 교대로 적층되어 형성될 수 있다.
상기 제 1 단열층(31) 또는 상기 제 2 단열층(32)은 탄탈륨카바이드층(TaC layer), 질화하푸늄층(HfN layer), 탄화규소층(SiC layer), 질화알루미늄층(AlN layer), 질화티타늄층(TiN layer) 또는 질화탄탈륨층(TaN layer)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 제 1 단열층(31) 또는 상기 제 2 단열층(32)은 탄탈륨카바이드층, 질화하푸늄층, 탄화규소층, 질화알루미늄층, 질화티타늄층 또는 질화탄탈륨층 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 제 1 단열층(31)과 상기 제 2 단열층(32)은 서로 다른 층을 포함할 수 있으며, 서로 교대로 적층되어 최종적인 단열층(30)을 형성할 수 있다.
상기 제 1 단열층(31)의 두께는 2㎚ 내지 50㎚일 수 있다. 또한, 상기 제 2 단열층(32)의 두께는 2㎚ 내지 50㎚일 수 있다. 또한, 복수 개의 제 1 단열층(31)과 복수 개의 제 2 단열층(32)이 서로 교대로 적층되어 형성되는 단열층(30)의 두께는 500㎚ 내지 100㎛일 수 있다. 상기 단열층(30)의 두께가 500㎚ 미만인 경우에는, 단열 효과가 작아 서셉터 내부에서 열손실이 발생할 수 있고, 상기 단열층(30)의 두께가 100㎛를 초과하게 되면, 상기 서셉터 상에 코팅하는 것이 불가능할 수 있고, 효율 및 비용면에서 불리할 수 있다.
또한, 상기 제 1 단열층(31) 또는 상기 제 2 단열층(32)은 나노격자(nanodot) 패턴(33)을 포함할 수 있다. 상기 나노격자 패턴(33)은 나노 사이즈의 크기를 가지며, 탄탈륨카바이드, 질화하푸늄, 탄화규소, 질화알루미늄, 질화티타늄 또는 질화탄탈륨을 포함할 수 있다.
상기 나노격자 패턴(33)은 상기 제 1 단열층(31) 및 상기 제 2 단열층(32) 중 어느 하나의 층에 형성되거나, 상기 제 1 단열층(31)과 상기 제 2 단열층(32)에 모두 형성될 수 있다. 또한, 상기 나노격자 패턴(33)은 일정한 간격으로 형성될 수 있으며, 다양한 형상으로 상기 제 1 단열층(31) 및/또는 상기 제 2 단열층(32)에 형성될 수 있다.
이러한, 상기 제 1 단열층(31) 또는 상기 제 2 단열층(32)을 포함하는 단열층(30)의 열전도율은 10W/mK 이하일 수 있다. 바람직하게는, 상기 단열층(30)의 열전도율은 2W/mK 이하일 수 있다. 일반적으로, 재료의 열전도율은 그 재료의 고유한 상수값이지만, 상기 재료를 나노 사이즈급으로 코팅 또는 증착하게 되면, 개개의 나노 사이즈 재료의 열전도율은 절단 전의 벌크 재료에 비해 열전도율이 매우 낮아질 수 있다.
또한, 상기 제 1 단열층(31) 및 상기 제 2 단열층(32)은 상기 단열층(30) 내에서 이동하는 전자 또는 포논의 평균자유행로(mean free path)를 감소시킬 수 있다. 이러한 평균자유행로는 열전도율과 비례하고, 이에 따라 상기 평균자유행로의 감소는 열전도율을 감소시킬 수 있다.
즉, 상기 단열층(30)에서 상기 제 1 단열층(31)과 상기 제 2 단열층(32) 사이의 인터페이스(interface)에 의한 포논 스캐터링(phonon scattering)을 증가시키고, 상기 증가된 포논 스캐터링은 전자 또는 포논의 평균자유행로를 감소시켜 열전도율을 감소시킨다. 이러한 상기 단열층(30)은 서셉터 상판(11), 서셉터 하판(12) 및 서셉터 측판들(13) 중 어느 한면에 코팅되거나 상기 웨이퍼 홀더(20)의 상면에 코팅됨으로써, 서셉터 외부의 열손실을 방지할 수 있고, 서셉터 내부의 온도를 전체적으로 균일하게 유지할 수 있으며, 기판 또는 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 홀더의 열손실을 방지할 수 있다.
또한, 상기 나노격자 패턴(33)은 상기 전자 또는 포논의 스캐터링을 더욱 증가시킬 수 있고, 이에 따라, 전자 또는 포논의 평균자유행로를 더욱 많이 감소시킬 수 있어 단열 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
따라서, 상기 단열층(30) 즉, 나노 사이즈를 가지는 상기 제 1 단열층(31)과 상기 제 2 단열층(32)이 교대로 적층하여 형성되는 상기 단열층(30)은 열전도율이 매우 낮아질 수 있다. 이에 따라, 상기 단열층으로 코팅되는 상기 서셉터(10)는 상기 서셉터(10) 내부의 열손실을 방지할 수 있으며, 상기 서셉터(10) 내부의 온도를 전체적으로 균일하게 유지할 수 있다.
이에 따라, 서셉터 내부의 열손실을 방지할 수 있고, 온도를 균일하게 유지할 수 있으므로, 기판 또는 웨이퍼 상에 안정적으로 탄화규소 박막을 성장시킬 수 있고, 고품질의 탄화규소 에피 웨이퍼를 제조할 수 있고, 이를 적용한 소자의 전기적 특성 등을 향상시킬 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 서셉터; 및
    상기 서셉터에 수용되는 웨이퍼 홀더를 포함하고,
    상기 서셉터 또는 상기 웨이퍼 홀더는 단열층을 포함하는 증착 장치.
  2. 서셉터;
    상기 서셉터에 수용되는 웨이퍼 홀더를 포함하고,
    상기 서셉터 및 상기 웨이퍼 홀더는 단열층을 포함하는 증착 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 서셉터는,
    상기 웨이퍼 홀더를 지지하는 서셉터 하판;
    상기 서셉터 하판과 대향하는 서셉터 상판;
    상기 서셉터 하판으로부터 상기 서셉터 상판으로 연장되는 서셉터 측판들을 포함하고,
    상기 서셉터 상판, 서셉터 하판 및 서셉터 측판들 중 적어도 일면은 상기 단열층을 포함하는 증착 장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 단열층은 복수 개의 제 1 단열층 및 복수 개의 제 2 단열층을 포함하는 증착 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 단열층 또는 상기 제 2 단열층은 탄탈륨카바이드층, 질화하푸늄층, 탄화규소층, 질화알루미늄층, 질화티타늄층 또는 질화탄탈륨층을 포함하는 증착 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 단열층 또는 상기 제 2 단열층은 나노격자(nanodot) 패턴을 포함하는 증착 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 나노격자 패턴은 탄탈륨카바이드, 질화하푸늄, 탄화규소, 질화알루미늄, 질화티타늄 또는 질화탄탈륨을 포함하는 증착 장치.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 단열층은 상기 웨이퍼 홀더의 상면에 포함되는 증착 장치.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 단열층의 두께는 500㎚ 내지 100㎛ 인 증착 장치.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 단열층 또는 상기 제 2 단열층의 두께는 2㎚ 내지 50㎚ 인 증착 장치.
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