KR20220067107A - 탄화규소 제조장치 - Google Patents

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Abstract

반응가스가 투입되어 모재에 탄화규소를 증착시키는 증착챔버부재와, 원료가스와 희석가스를 제공받아 상기 반응가스를 형성하며 상기 증착챔버부재의 일측부에 결합되는 리액터부재를 포함하고, 상기 리액터부재는, 상기 원료가스 또는 희석가스가 반응하는 반응공간을 마련하는 리액터챔버부와, 상기 원료가스 또는 희석가스를 상기 반응공간으로 공급하는 원료공급관과, 상기 증착챔버부재의 일측부를 관통하되 상기 리액터챔버부에서 형성된 반응가스가 이동하는 반응가스관을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화규소 제조장치를 제공한다.

Description

탄화규소 제조장치{Fabricating apparatus of SiC}
본 발명은 탄화규소 제조장치에 관한 것으로 탄화규소가 성장되는 챔버 내부의 반응공간을 효율적으로 활용할 수 있으며 탄화규소의 성장 품질을 균일하게 확보할 수 있는 탄화규소 제조장치에 관한 것이다.
탄화규소(Silicon Carbide; SiC)는 반도체 및 디스플레이 공정에 사용되는 부품으로 응용되며, 예를 들어 서셉터(susceptor)인 웨이퍼 캐리어(wafer carrier), 증착 공정용 보트(boat), 식각 공정용 링, 샤워헤드 등으로 사용되고 있다.
탄화규소를 제품에 응용하기 위해서, 화학 기상 증착(CVD)법을 이용하여 탄화규소를 증착함으로써 사용할 수 있다. 일반적으로 탄화규소의 증착을 위한 재료로 원료가스로써 메틸트리클로로실레인(Methyltrichlorosilane; MTS)이 제공되며, MTS의 운반가스로서 아르곤(Ar), 수소(H2), 질소(N2) 등이 사용될 수 있다. MTS와 운반가스는 밀봉된 조건 하에서 공급되며, 이후 수소(H2) 및 질소(N2) 등의 희석가스와 혼합된다.
도1은 종래의 탄화규소 제조장치의 반응챔버를 나타낸 것으로 상기의 혼합된 전구체 가스들(1)이 반응챔버(10) 내부로 공급되면, MTS는 해리되어 반응챔버 내에 위치하는 기판과 같은 모재에 탄화규소 증착이 이루어지며, 해리 반응에서 발생하는 부산물 가스(9)는 외부로 배출된다.
이때, 반응챔버(10)는 챔버 내부의 소정의 공간(A)을 반응가스 형성을 위한 공간으로 제공하여야 한다. 즉, 반응가스의 형성을 위해 원료가스와 희석가스를 포함한 전구체 가스들이 섞이며 반응할 수 있는 소정의 공간(A)이 반응챔버(10) 내에 확보되어야 한다. 따라서, 반응챔버(10)의 제조 시 실제 필요한 것보다 더 확장하여 제조하여야 하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 최근 탄화규소 증착설비는 solid 제조가 가능한 장치를 요구하고 있는데, 반응챔버 내에 반응가스 형성을 위한 공간을 확보해야 하는 제약으로 인해 제조되는 solid의 크기에 한계가 발생할 수 있다. 그리고, 탄화규소의 증착에 따라 점차 성장한 탄화규소로 인해 원료가스와 희석가스가 섞이며 반응할 수 있는 공간이 상대적으로 줄어듦으로써 반응가스 형성이 일정하지 않을 수 있으며, 이로 인해 제조된 탄화규소는 품질이 불균일해질 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
한국등록특허 제 10-1916289호(등록일: 2018. 11. 01.) 한국등록특허 제 10-1064909호(등록일: 2011. 09. 07.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 원료가스와 희석가스가 효율적으로 반응할 수 있는 공간을 확보하여 탄화규소의 성장에 균일한 분포의 반응가스를 제공함으로써 탄화규소의 균일한 성장 품질을 확보할 수 있는 탄화규소 제조장치를 제공하는 것에 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 탄화규소가 성장되는 챔버 내부의 반응공간을 효율적으로 활용할 수 있는 탄화규소 제조장치를 제공하는 것에 목적이 있다.
나아가서, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 반응가스가 분사되는 노즐의 막힘 현상을 방지할 수 있는 탄화규소 제조장치를 제공하는 것에 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 반응가스가 투입되어 모재에 탄화규소를 증착시키는 증착챔버부재와, 원료가스와 희석가스를 제공받아 상기 반응가스를 형성하며 상기 증착챔버부재의 일측부에 결합되는 리액터부재를 포함하고, 상기 리액터부재는, 상기 원료가스 또는 희석가스가 반응하는 반응공간을 마련하는 리액터챔버부와, 상기 원료가스 또는 희석가스를 상기 반응공간으로 공급하는 원료공급관과, 상기 증착챔버부재의 일측부를 관통하되 상기 리액터챔버부에서 형성된 반응가스가 이동하는 반응가스관을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화규소 제조장치를 제공할 수 있다.
상기 리액터부재는, 상기 원료가스 또는 희석가스가 반응하도록 상기 반응공간 내부로 반응열을 제공하는 히터부를 포함하고, 상기 히터부는 200 내지 1000℃의 범위로 상기 반응공간의 온도를 형성하는 것일 수 있다.
상기 리액터부재는, 상기 리액터챔버부의 내측벽으로부터 돌출된 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 상기 원료가스 또는 희석가스의 와류를 유도하여 상기 리액터챔버부 내부에 잔류하는 시간을 증가시키는 것일 수 있다.
상기 돌출부는 상기 리액터챔버부의 내측벽으로부터 돌출된 나선형의 블레이드로 구비되거나, 소정의 간격으로 지그재그 배치되는 복수 개의 격벽으로 구비되는 것일 수 있다.
상기 리액터부재는, 상기 반응가스관의 외주면을 감싸는 냉각수관을 포함하는 것일 수 있다.
상기 반응가스관은 상기 증착챔버부재의 내부로 연결된 일단부에 분사노즐을 구비하고, 상기 증착챔버부재 내부의 진공에 의해 반응가스 분사가 유도되는 것일 수 있다.
상기 증착챔버부재는, 상기 반응가스관이 상기 증착챔버부재를 관통하며 접하는 접촉면 주변 영역에 위치하는 냉각유로를 포함하고, 상기 냉각유로는 상기 반응가스가 제공되는 동안 상기 반응가스관의 외주면 온도를 상온으로 유지시키는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 탄화규소 제조장치는 리액터부재를 구비함으로써 원료가스와 희석가스가 효율적으로 반응할 수 있는 공간을 확보하여 탄화규소의 성장에 균일한 분포의 반응가스를 제공할 수 있으며, 탄화규소의 균일한 성장 품질을 확보할 수 있는 장점이 있다. 또한, 리액터부재로 인해 탄화규소가 성장되는 증착챔버부재 내부의 반응공간을 효율적으로 활용할 수 있는 효과가 있으며, 나아가서, 반응가스관의 외주면을 감싸는 냉각수관으로 인해 반응가스가 분사되는 노즐의 막힘 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 탄화규소 제조장치의 증착챔버를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 탄화규소 제조장치를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탄화규소 제조장치의 증착챔버의 일측면의 단면을 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 종래의 탄화규소 제조장치의 증착챔버를 나타낸 도면, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 탄화규소 제조장치를 나타낸 단면도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탄화규소 제조장치의 증착챔버의 일측면의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 탄화규소 제조장치는 반응가스(3)가 투입되어 모재에 탄화규소를 증착시키는 증착챔버부재(100)와, 원료가스와 희석가스를 제공받아 상기 반응가스(3)를 형성하며 상기 증착챔버부재(100)의 일측부에 결합되는 리액터부재(200)를 포함할 수 있다.
상세히 설명하면, 상기 증착챔버부재(100)는 서셉터(susceptor)를 구비할 수 있으며, 서셉터에 장착된 기판과 같은 모재를 회전시키며 모재 상에 탄화규소의 증착공정을 수행함으로써 탄화규소의 결정을 지속적으로 성장시켜 탄화규소 soild를 제조할 수 있다.
상기 원료가스는 탄화규소를 형성하기 위한 탄화규소 전구체로써 반응할 수 있는 재료 중 선택될 수 있다. 이러한 재료는 일반적으로 실레인 또는 클로로실레인과 같은 규소를 포함하는 재료 및 탄화수소와 같은 탄소를 포함하는 재료로부터 선택되며, 탄화규소로 형성할 수 있는 성분을 포함할 수 있다. 예로써 원료가스는 메틸트리클로로실레인(MTS, Methyltrichlorosilane)일 수 있다. 메틸트리클로로실레인(MTS)은 MTS가 해리될 때 방출될 수 있는 염소를 제거하기 위해 희석가스로써 수소(H2)를 함께 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 원료가스와 희석가스는 혼합된 전구체 가스(1)에 포함될 수 있다.
상기 리액터부재(200)는, 상기 원료가스 또는 희석가스가 반응하는 반응공간을 마련하는 리액터챔버부(210)와, 상기 원료가스 또는 희석가스를 상기 반응공간으로 공급하는 원료공급관(220)과, 상기 증착챔버부재(100)의 일측부를 관통하되 상기 리액터챔버부(210)에서 형성된 반응가스(3)가 이동하는 반응가스관(230)을 포함할 수 있다. 즉 외부로부터 원료공급관(220)을 통하여 탄화규소 전구체로써 반응할 수 있는 재료 중 선택된 원료가스와, 수소와 같은 희석가스를 리액터챔버부(210) 내부로 제공받고, 원료가스와 희석가스는 혼합 및 반응하여 반응가스(3)가 형성될 수 있다. 그리고 리액터챔버부(210) 내부에서 형성된 반응가스(3)는 반응 후 남은 원료가스, 희석가스와 함께 반응가스관(230)을 통하여 증착챔버부재(100)로 이동하고, 증착챔버부재(100) 내부에 위치한 모재 상에 탄화규소가 코팅됨으로써 결정이 지속적으로 성장될 수 있다.
종래기술에서 설명한 바와 같이, 탄화규소 결정의 성장을 위해서는 원료가스와 희석가스의 반응을 위해 증착챔버의 내측면으로부터 약 200mm 이상의 공간이 확보되어야 하고, 이로 인해 좌우 400mm 이상 고려하여 증착챔버를 제조해야 하는 문제가 있다.
따라서, 리액터부재(200)로 인해 원료가스와 희석가스가 혼합 및 반응하는 공간을 별도로 구비함으로써 원료가스와 희석가스가 효율적으로 반응할 수 있는 공간을 확보하여 탄화규소의 성장에 균일한 분포의 반응가스(3)를 제공할 수 있으며, 탄화규소의 균일한 성장 품질을 확보할 수 있는 장점이 있다. 또한, 리액터부재(200)로 인해 탄화규소가 성장되는 증착챔버부재(100) 내부의 증착공간(120)을 모두 탄화규소의 증착에 필요한 영역으로 활용할 수 있다.
상기 리액터부재(200)는 상기 원료가스 또는 희석가스가 반응하도록 상기 반응공간 내부로 반응열을 제공하는 히터부(240)를 포함할 수 있으며, 상기 히터부(240)는 200 내지 1000℃의 범위로 상기 반응공간의 온도를 형성하는 것일 수 있다. 따라서 반응가스(3)를 더욱 효과적으로 형성하여 증착챔버부재(100)에 균일한 분포의 반응가스(3)를 제공할 수 있다.
또한, 상기 리액터부재(200)는 상기 리액터챔버부(210)의 내측벽으로부터 돌출된 돌출부(250)를 포함하고, 상기 돌출부(250)는 상기 원료가스 또는 희석가스의 와류를 유도하여 상기 리액터챔버부(210) 내부에 잔류하는 시간을 증가시키는 것일 수 있다. 즉, 원료가스와 희석가스의 흐름을 방해하여 잘 혼합되도록 함으로써 반응효율을 더욱 증가시킬 수 있으며, 인체와 환경에 유해한 부산물 가스의 발생을 더욱 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
나아가서, 상기 돌출부(250)는 상기 리액터챔버부(210)의 내측벽으로부터 돌출된 나선형의 블레이드로 구비되어 와류의 형성에 더욱 도움을 주거나, 소정의 간격으로 지그재그 배치되는 복수 개의 격벽으로 구비되어 반응공간 내에 원료가스와 희석가스의 이동시간을 증가시켜 반응효율을 더욱 증가시킬 수 있다.
상기 반응가스관(230)은 상기 증착챔버부재(100)의 내부로 연결된 일단부에 분사노즐(270)을 구비하고, 상기 증착챔버부재(100) 내부의 진공에 의해 반응가스(3) 분사가 유도되는 것일 수 있다.
나아가서, 상기 리액터부재(200)는 상기 반응가스관(230)의 외주면을 감싸는 냉각수관(260)을 포함하는 것일 수 있다. 따라서 반응가스(3)가 반응가스관(230)의 내부 또는 분사노즐(270)의 분사홀에 증착되어 반응가스관(230) 또는 분사홀이 막히는 것을 방지할 수 있다.
상기 증착챔버부재(100)는 상기 반응가스관(230)이 상기 증착챔버부재(100)를 관통하며 접하는 접촉면 주변 영역에 위치하는 냉각유로(110)를 포함하고, 상기 냉각유로(110)는 상기 반응가스(3)가 제공되는 동안 상기 반응가스관(230)의 외주면 온도를 상온으로 유지시키는 것일 수 있다. 즉, 반응가스(3)가 제공되어 탄화규소의 증착 및 결정성장이 진행되는 동안 반응가스관(230)의 외주면 온도를 상온으로 유지시킴으로써 분사노즐(270)의 노즐 막힘 현상을 방지하여 장시간 동안 탄화규소의 균일한 성장을 지속적으로 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 탄화규소 제조장치는 리액터부재(200)를 구비함으로써 원료가스와 희석가스가 효율적으로 반응할 수 있는 공간을 확보하여 탄화규소의 성장에 균일한 분포의 반응가스를 제공할 수 있으며, 탄화규소의 균일한 성장 품질을 확보할 수 있는 장점이 있다. 또한, 리액터부재(200)로 인해 탄화규소가 성장되는 증착챔버부재(100) 내부의 증착공간(120)을 효율적으로 활용할 수 있는 효과가 있으며, 나아가서, 반응가스관(230)의 외주면을 감싸는 냉각수관(260)으로 인해 반응가스(3)가 분사되는 분사노즐(270)의 막힘 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1; 전구체 가스
3; 반응가스
9; 부산물 가스
100; 증착챔버부재
110; 냉각유로
120; 증착공간
200; 리액터부재
210; 리액터챔버부
220; 원료공급관
230; 반응가스관
240; 히터부
250; 돌출부
260; 냉각수관
270; 분사노즐

Claims (7)

  1. 반응가스가 투입되어 모재에 탄화규소를 증착시키는 증착챔버부재와,
    원료가스와 희석가스를 제공받아 상기 반응가스를 형성하며 상기 증착챔버부재의 일측부에 결합되는 리액터부재를 포함하고,
    상기 리액터부재는, 상기 원료가스 또는 희석가스가 반응하는 반응공간을 마련하는 리액터챔버부와, 상기 원료가스 또는 희석가스를 상기 반응공간으로 공급하는 원료공급관과, 상기 증착챔버부재의 일측부를 관통하되 상기 리액터챔버부에서 형성된 반응가스가 이동하는 반응가스관을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화규소 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리액터부재는, 상기 원료가스 또는 희석가스가 반응하도록 상기 반응공간 내부로 반응열을 제공하는 히터부를 포함하고, 상기 히터부는 200 내지 1000℃의 범위로 상기 반응공간의 온도를 형성하는 것을 특징으로 하는 탄화규소 제조장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 리액터부재는, 상기 리액터챔버부의 내측벽으로부터 돌출된 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 상기 원료가스 또는 희석가스의 와류를 유도하여 상기 리액터챔버부 내부에 잔류하는 시간을 증가시키는 것을 특징으로 하는 탄화규소 제조장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 리액터챔버부의 내측벽으로부터 돌출된 나선형의 블레이드로 구비되거나, 소정의 간격으로 지그재그 배치되는 복수 개의 격벽으로 구비되는 것을 특징으로 하는 탄화규소 제조장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 리액터부재는, 상기 반응가스관의 외주면을 감싸는 냉각수관을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화규소 제조장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응가스관은 상기 증착챔버부재의 내부로 연결된 일단부에 분사노즐을 구비하고, 상기 증착챔버부재 내부의 진공에 의해 반응가스 분사가 유도되는 것을 특징으로 하는 탄화규소 제조장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착챔버부재는, 상기 반응가스관이 상기 증착챔버부재를 관통하며 접하는 접촉면 주변 영역에 위치하는 냉각유로를 포함하고,
    상기 냉각유로는 상기 반응가스가 제공되는 동안 상기 반응가스관의 외주면 온도를 상온으로 유지시키는 것을 특징으로 하는 탄화규소 제조장치.
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