KR100580062B1 - 화학기상성장장치 및 막 성장방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판에의 미립자 부착을 방지하고, 고품질의 박막을 성장시키기가 가능한 화학기상성장장치 및 박막성장방법을 제공하는 것이다.
화학기상성장장치는, 진공처리실(4)과, 복수 매 기판(3)의 막 성장면을 하향으로 설치하기 위한 서셉터(2)와, 서셉터(2) 상방에 배치된 히터(11)와, 배리어가스를 서셉터(2)의 상면에 공급하는 제 1 배리어가스 공급부(9)와, 배리어가스를 히터의 상면에 공급하는 제 2 배리어가스 공급부(10)를 구비하며, 제 1 배리어가스 공급부(9) 및 제 2 배리어가스 공급부(10)로부터 공급되는 배리어가스는 각각 독립되어 그 유량이 제한된다. 제 1 배리어가스 공급부(9) 및 제 2 배리어가스 공급부(10)로부터 공급되는 배리어가스의 공급량 비, 및 배리어가스의 공급량과 원료가스의 공급량 비를 적절히 설정함으로써, 미립자의 부착이 억제된 막을 형성할 수 있다.
Description
도 1의 (a)는, 본 발명의 실시예에 관한 화학기상성장장치 구성을 나타내는 단면도이며, (b)는 Ib-Ib선에서의 화학기상성장장치 단면도.
도 2의 (a)는 도 1의 (a)에 나타내는 실시예에 관한 화학기상성장장치 중 기판의 유지부 주변을 나타내는 도이며, (b)는 홀더를 벗기고 위쪽에서 기판을 본 경우의 평면도.
도 3은 본 발명의 실시예 및 종래의 화학기상성장장치를 이용하여 각각 박막을 형성했을 경우에, 기판에 부착된 미립자 수를 비교한 도.
도 4는 종래의 화학기상성장장치 구성을 나타내는 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
2 : 서셉터 3 : 기판
4 : 진공처리실 5 : 대향판
6 : 원료가스 도입관 7a : 제 1 MFC
7b : 제 2 MFC 8 : 배기관
9 : 제 1 배리어가스 공급부 10 : 제 2 배리어가스 공급부
11 : 히터 12 : 홀더
13 : 작열(灼熱) 플레이트
본 발명은, 복수 매의 기판을 일괄 처리하는 화학기상성장장치 및 이를 이용한 막 성장방법에 관한 것이다.
화학기상성장(CVD) 장치는, 반도체막, 금속막, 절연막 등의 박막을 제어성 좋게 형성할 수 있으므로, 반도체장치의 제조프로세스에 필수적인 장치이다.
도 4는 종래의 화학기상성장장치 구성을 나타내는 단면도이다. 여기서는 특히 유기금속화합물이나 반응성가스를 원료로 하여 반도체층을 성장시키는 유기금속 화학기상성장장치(MOCVD장치)를 나타낸다.
도 4에 나타내는 바와 같이 종래의 MOCVD장치에서는, 유기금속화합물, 포스핀(수소화인)(PH3), 아르신(수소화비소)(AsH3) 등을 혼합한 가스(원료가스)가 원료가스 도입관(106)으로부터 진공처리실(104) 내로 도입된다. 한쪽 주면을 밑으로 하여 서셉터(102)의 홀더(112)에 고정된 기판(103)은 히터(111)에 의해 가열되므로, 진공처리실(104)로 도입된 원료가스는, 아래쪽을 향한 기판(103)의 주면 상에서 열화학반응을 일으킨다. 이로써 반도체 등으로 이루어지는 박막이 성막된다.
여기서 배기관(108)으로 향하는 원료가스의 흐름이 불규칙해질 경우, 반응생성물이 미립자(particle)로 되어 기판(103)에 부착된다. 그래서 종래의 MOCVD장치 에서는, 진공처리실(104)의 상부 중앙으로부터 배리어가스를 공급하여, 미립자의 부착을 방지한다. 이 배리어가스는 1 대의 MFC(mass flow controller)로 그 유량이 제어되며, 진공처리실(104)의 상부 중앙영역에서 중앙부와 외주부로 분기되어 진공처리실(104)에 공급된다. 중앙부로부터 공급되는 배리어가스는 히터(111)와 서셉터(102) 사이를 흘러 배기관(108)에서 배기되며, 외주부로부터 공급되는 배리어가스는 히터(111)의 위쪽을 흘러 배기관(108)에서 배기된다.
이 밖에도 배리어가스를 공급하는 방법으로서, 중앙배관을 다중배관으로 하여 배리어가스를 공급하는 방법(예를 들어 일특개평 9-246192호 공보)이나 진공처리실(104)의 측면을 따라 불활성가스를 공급하는 방법(예를 들어 일특개평 7-122507호 공보)이 있다.
상술한 바와 같이 종래의 화학기상성장장치에서는, 배리어가스에 의해 미립자가 진공처리실(104)의 내벽이나 기판(103)에 쉬이 부착되지 않게 된다. 그러나 종래의 방법으로 배리어가스를 중앙부와 외주부로 분기시켜 공급할 경우, 중앙부로부터 공급되는 배리어가스의 양이 적어져, 원료가스가 홀더(112)와 기판(103)과의 틈새로부터 침입해버린다. 때문에 종래의 화학기상성장장치에서는, 히터(111) 표면에 반응생성물이 생성되는 것 외에, 기판(103)의 박막성장면 및 서셉터(102) 하면과 대향판(105) 사이의 공간에서 원료가스 흐름이 거칠어져버린다. 히터(111)에 반응생성물이 부착하면 진공처리실(104) 내의 온도제어 정밀도가 저하되어, 품질 좋은 성막이 불가능해진다. 또 원료가스가 난류로 되면, 대향판(105)에 부착한 반응 생성물이 박리되고, 난류에 휩쓸려 올라온 반응생성물이 기판(103)의 박막성장면에 부착한다. 또 원료가스의 일부가 진공처리실(104)의 측벽 상부로 흘러, 측벽 상부에 반응생성물이 부착하는 일도 있다. 이 때문에 종래의 화학기상성장장치에서는, 고품질의 박막 형성이 어려운 경우가 있다.
본 발명의 목적은, 미립자의 기판에의 부착을 방지하여, 고품질의 박막을 성장시킬 수 있는 화학기상성장장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 화학기상성장장치는, 기판 상에 막을 성장시키기 위한 기판처리실과, 상기 기판처리실 내에 배치되어, 상기 막의 성장면을 아래쪽으로 하여 복수의 상기 기판을 설치하기 위한 서셉터와, 상기 기판처리실 내의 상기 서셉터의 위쪽에 배치되어, 상기 기판을 가열하는 히터와, 상기 기판처리실의 상부에 개구되어, 배리어가스를 상기 서셉터 상면에 공급하는 제 1 배리어가스 공급부와, 상기 기판처리실의 상부에 개구되어, 상기 배리어가스를 상기 히터의 상면에 공급하는 제 2 배리어가스 공급부와, 원료가스를 상기 서셉터 하면에 공급하는 원료가스 도입부와, 상기 배리어가스 및 상기 원료가스를 상기 기판처리실로부터 배기하는 배기관을 구비하며, 상기 제 1 배리어가스 공급부로부터 공급되는 상기 배리어가스의 유량과 상기 제 2 배리어가스 공급부로부터 공급되는 상기 배리어가스의 유량이 독립 제어된다.
이 구성으로써, 제 1 배리어가스 공급부 및 제 2 배리어가스 공급부로부터 공급되는 배리어가스의 공급량을 원하는 값으로 제어할 수 있으므로, 서셉터 상면 에의 배리어가스 공급량과 히터 상면에의 배리어가스 공급량 비, 또는 각 배리어가스의 공급량과 원료가스 공급량과의 비를 기판처리실의 구조에 따라 적절한 값으로 설정할 수 있다. 따라서, 예를 들어 본 발명의 화학기상성장장치에서, 서셉터 상면에 가해지는 압력(기압)과 서셉터 하면에 가해지는 압력을 동등하게 할 수 있다. 이 경우, 원료가스의 흐름이 거칠어지는 것을 방지할 수 있으므로, 기판처리실의 벽면이나 부재에 부착된 반응생성물이 미립자로 되어 기판 표면으로 비산하는 것을 방지할 수 있다. 또 히터의 표면에 반응생성물이 부착하는 것을 방지할 수 있으므로, 기판처리실 내의 온도제어를 정밀도 좋게 행할 수 있다. 따라서 본 발명의 화학기상성장장치를 이용하면, 미립자에 의한 오염이 적은 고품질 막의 형성이 가능해진다.
또 상기 제 1 배리어가스 공급부는 상기 기판처리실의 상부 중앙영역에 고리형으로 개구되며, 상기 제 2 배리어가스 공급부는 상기 중앙영역에 상기 제 1 배리어가스 공급부를 둘러싸는 고리형으로 개구되고, 상기 원료가스 도입부는, 상기 서셉터의 아래쪽에 형성됨으로써, 복수의 기판에 균등하게 원료가스를 공급할 수 있음과 동시에, 히터 상면, 서셉터 상면, 기판처리실의 측벽에 배리어가스를 순조롭게 공급할 수 있다.
본 발명의 막 성장방법은, 기판처리실과, 서셉터와, 상기 기판처리실 내 상기 서셉터의 위쪽에 배치된 히터와, 상기 기판처리실의 상부에 개구되는 제 1 배리어가스 공급부와, 상기 기판처리실의 상부에 개구되는 제 2 배리어가스 공급부와, 원료가스 도입부를 구비하는 화학기상성장장치를 이용한 막 성장방법으로서, 상기 서셉터에, 막 성장면을 아래쪽으로 하여 기판을 설치하는 공정(a)과, 상기 공정(a) 후, 상기 제 1 배리어가스 공급부로부터 상기 서셉터의 상면에 배리어가스를 공급함과 동시에, 상기 제 2 배리어가스 공급부로부터 상기 히터의 상면에, 상기 제 1 배리어가스 공급부와는 독립되어 유량이 제어된 상기 배리어가스를 공급하는 공정(b)과, 상기 공정(b)과 동시에, 원료가스를 상기 원료가스 도입부로부터 상기 서셉터의 하면에 공급하여 상기 기판 상에 상기 막을 성장시키는 공정(c)을 구비한다.
이 방법으로써, 공정(b)에서 제 1 배리어가스 공급부로부터 공급되는 배리어가스와 제 2 배리어가스 공급부로부터 공급되는 배리어가스의 유량 비를 적절한 값으로 설정할 수 있어, 난류를 발생시키는 일없이 배리어가스를 배기관으로 보낼 수 있다. 또 원료가스의 흐름을 층류로 할 수 있으므로, 기판처리실의 벽면 등에서 형성된 반응생성물의 비산을 방지하여, 기판표면에 미립자로 된 반응생성물이 부착하는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 상기 공정(b)에서, 상기 제 1 배리어가스 공급부로부터 공급되는 상기 배리어가스의 유량과, 상기 제 2 배리어가스 공급부로부터 공급되는 상기 배리어가스의 유량은 서로 동등해지도록 제어되는 것이 바람직하다. 이 방법에 의하면, 히터 상면으로부터 기판처리실의 벽면을 따라 흐르는 배리어가스와, 서셉터 상면으로부터 기판처리실의 벽면을 따라 흐르는 배리어가스를 순조롭게 배기시킬 수 있다. 이로써 원료가스의 흐름이 배리어가스의 흐름으로 거칠어지지 않게 되므로, 반응생성물의 기판처리실 측벽에의 부착을 억제할 수 있다. 따라서 이 방법에 의하면, 반응생성물이 미립자로 되어 기판에 부착하는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 상기 공정(b)에서, 상기 히터 하면과 상기 서셉터 상면과의 사이 공간에 있어서 상기 배리어가스의 단위용적당 유량이, 상기 공정(c)에서의, 상기 서셉터 하면과 상기 기판처리실 사이의 공간에 있어서 상기 원료가스의 단위용적당 유량과 동등해지도록, 상기 제 1 배리어가스 공급부로부터 공급되는 상기 배리어가스의 유량을 제어함으로써, 서셉터의 위쪽 공간과 아래쪽 공간에서 기압을 동등하게 할 수 있다. 이 방법에 의해, 서셉터와 기판 사이에서 원료가스가 위쪽으로 누출되지 않도록 할 수 있다. 이로써 원료가스의 흐름이 거칠어지는 것을 방지할 수 있으므로, 기판처리실의 벽면이나 부재에 부착한 반응생성물이 미립자로 되어 기판 표면으로 날아오는 것을 방지할 수 있다. 또 히터의 표면에 반응생성물이 부착하는 것을 방지할 수 있으므로, 기판처리실 내의 온도제어를 정밀도 좋게 행할 수 있다. 따라서 본 발명의 막 성장방법을 이용하면, 미립자에 의한 오염이 작은 고품질 막의 형성이 가능해진다.
상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해 질 것이다.
(실시예)
-본 발명 화학기상성장장치의 실시예-
도 1의 (a)는 본 발명의 실시예에 관한 화학기상성장장치의 구성을 나타내는 단면도이며, (b)는 Ib-Ib선에서의 화학기상성장장치의 단면을 나타내는 도이다. 여기서는, 화학기상성장장치의 예로서 MOCVD장치를 나타낸다.
도 1의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이 본 실시예의 화학기상성장장치는, 기 판(3) 상에 박막을 성장시키기 위한 진공처리실(기판처리실)(4)과, 진공처리실(4) 내에 배치되고, 박막의 성장면을 아래쪽으로 하여 기판(3)을 유지하기 위한 서셉터(2)와, 서셉터(2)에 설치되어, 기판(3)을 서셉터(2)에 고정시키기 위한 홀더(12)와, 홀더(12)에 유지된 작열(灼熱) 플레이트(13)와, 서셉터(2)의 위쪽에 배치되어, 기판(3)을 가열하기 위한 히터(11)와, 서셉터(2)의 아래쪽, 즉 진공처리실(4) 내벽의 하면 상에 배치된 대향판(5)을 구비한다. 또 본 실시예의 화학기상성장장치는, 서셉터(2)의 아래쪽에 형성되어, 진공처리실(4)에 원료가스를 공급하기 위한 원료가스 도입관(6)과, 진공처리실(4)의 상부 중앙에 고리형으로 개구되어, 배리어가스를 진공처리실(4)에 공급하기 위한 제 1 배리어가스 공급부(9)와, 진공처리실(4)의 상부 중앙에 제 1 배리어가스 공급부(9)를 둘러싸는 고리형으로 개구되어, 배리어가스를 진공처리실(4)로 공급하기 위한 제 2 배리어가스 공급부(10)와, 제 1 배리어가스 공급부(9)를 흐르는 배리어가스의 유량을 제어하는 제 1 MFC(7a)와, 제 2 배리어가스 공급부(10)를 흐르는 배리어가스의 유량을 제어하는 제 2 MFC(7b)와, 원료가스 및 배리어가스를 진공처리실(4)로부터 배기시키기 위한 배기관(8)을 구비한다. 도 1의 (b)에 나타내는 예에서, 제 1 배리어가스 공급부(9)와 제 2 배리어가스 공급부(10)는 동심원상으로 개구된다. 또 서셉터(2)는 원형이며, 복수의 기판(3)을 설치할 수 있다. 그리고 원료가스 도입관(6)은 서셉터(2)의 중앙부 바로 밑에 개구된다.
도 2의 (a)는, 도 1의 (a)에 나타낸 본 실시예의 화학기상성장장치 중 기판(3)의 유지부 주변을 나타내는 도이며, (b)는 작열 플레이트(13)를 벗기고 위쪽(도 2의 (a)에 나타내는 지점 A)에서 기판(3)을 본 경우의 평면도이다. 이들 도면에 나타내는 바와 같이, 기판(3)은 복수의 돌기를 갖는 홀더(12)에 의해 박막의 성장면을 아래쪽으로 하여 고정된다. 기판(3)과 홀더(12) 사이에는 틈새가 생긴다.
본 실시예의 화학기상성장장치를 이용하여 박막을 성장시킬 때는, 기판(3)을 서셉터(2)에 설치한 상태에서 진공처리실(4) 내를 감압하고, 원료가스 도입관(6)으로부터 원료가스를, 제 1 배리어가스 공급부(9) 및 제 2 배리어가스 공급부(10)로부터 배리어가스를 진공처리실(4)에 각각 공급한다. 원료가스 도입관(6)에서 분출되는 원료가스는 배관 내에서 혼합되어, 서셉터(2)의 하면 중앙으로부터 방사상으로 흐른다. 그리고 원료가스는, 복수 개소에 형성된 배기관(8)에서 배출된다. 이 때, 기판(3)이 히터(11)에 의해 가열돼있으므로, 박막이 기판(3)의 하면으로 성장한다. 또 제 1 배리어가스 공급부(9)로부터 공급된 배리어가스는, 서셉터(2)의 상면 중앙부에서, 히터(11) 하면과 서셉터(2) 상면 사이의 공간을 서셉터(2)를 따라 방사상으로 흐른 후, 진공처리실(4)의 측벽을 따라 아래쪽으로 흘러, 배기관(8)에서 배출된다. 또 제 2 배리어가스 공급부(10)에서 공급된 배리어가스는, 히터(11)의 상면과 진공처리실(4) 상벽 사이를 진공처리실(4)의 측벽을 향해 흐른 후, 이 측벽을 따라 아래쪽으로 흘러, 배기관(8)에서 배출된다.
본 실시예의 박막성장방법에서는 배리어가스의 공급 총유량을 20(L/min)으로 하며, 제 1 배리어가스 공급부(9)에서 공급되는 배리어가스의 유량을 10(L/min), 제 2 배리어가스 공급부(10)에서 공급되는 배리어가스의 유량을 10(L/min)이 되도록 제 1 MFC(7a) 및 제 2 MFC(7b)를 이용하여 유량을 제어한다. 즉, 제 1 배리어가 스 공급부(9)와 제 2 배리어가스 공급부(10)로부터 공급되는 배리어가스의 유량 비를 1 대 1로 한다. 한편, 원료가스의 유량은 50(L/min)으로 한다. 배리어가스 및 원료가스의 유량 설정에 대해서는 나중에 상술하기로 한다. 또 화합물반도체막을 형성하는 경우에는, 배리어가스로서, 예를 들어 수소 등이 이용되며, 원료가스로는 트리메틸갈륨(TMGa) 등의 유기금속화합물이나, 수소화인, 수소화비소 등과의 혼합가스가 이용된다.
본 실시예의 화학기상성장장치를 이용하면, 상술한 성막 시에, 제 1 배리어가스 공급부(9) 및 제 2 배리어가스 공급부(10)로부터 공급되는 배리어가스의 유량을 제 1 MFC(7a)와 제 2 MFC(7b)에 의해 개별적으로 제어할 수 있다. 이로써, 제 1 배리어가스 공급부(9)와 제 2 배리어가스 공급부(10)로부터 공급되는 배리어가스의 유량 비, 및 제 2 배리어가스 공급부(10)로부터 공급되는 배리어가스와 원료가스 도입관(6)으로부터 공급되는 원료가스와의 유량 비를 적절한 값으로 설정함으로써, 기판(3), 서셉터(2), 홀더(12) 및 작열 플레이트(13) 사이의 틈새로부터 원료가스가 기판(3) 위쪽으로 침입하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 기판(3)의 박막 성장면과 대향판(5) 사이에 위치하는 공간을 흐르는 원료가스를 층류로 할 수 있다. 여기서, 제 2 배리어가스 공급부(10)로부터의 배리어가스 공급량은, 서셉터(2) 상면과 히터(11) 하면 사이 공간의 단위용적당 배리어가스 유량이, 서셉터(2) 하면( 및 기판(3)의 하면)과 진공처리실(4)의 하벽(또는 대향판(5)) 사이 공간의 단위용적당 원료가스 유량과 동등하게 되는 것이 바람직하다. 이 유량설정에 의해, 대향판(5)에 부착된 반응생성물의 박리를 방지하여, 기판(3)의 성장면에 반응생성물의 미립 자가 부착하는 것을 방지할 수 있다. 또 제 1 배리어가스 공급부(9)에서 공급되는 배리어가스와, 제 2 배리어가스 공급부(10)에서 공급되는 배리어가스의 유량을 동등하게 함으로써, 진공처리실(4)의 측벽 중 히터(11) 상면을 따라 흐르는 배리어가스가 닿는 부분과 서셉터(2) 상면을 따라 흐르는 배리어가스가 닿는 부분에서 각각 난류의 발생을 억제하여, 이 부분에의 반응생성물 부착을 방지하기가 가능해진다.
여기서, 배리어가스 및 원료가스를 상술한 유량으로 설정하는 근거에 대해 설명하기로 한다.
본원 발명자들이 연구한 결과, 원료가스와 배리어가스의 흐름을 층류로 하기 위한 제 1 조건으로서, 기판(3)의 아래쪽으로부터 공급된 원료가스가, 기판(3)의 설치부분 부근에 생기는 틈새로부터 기판(3)의 위쪽으로 빠지지 않도록 할 필요가 있음을 알았다. 따라서 기판(3) 및 서셉터(2)의 아래쪽 공간과 서셉터(2) 위쪽 공간에서의 기압이 동일하면, 원료가스가 기판(3)의 위쪽으로 빠지는 것을 방지할 수 있을 것으로 추정된다. 따라서 서셉터(2) 아래쪽 공간의 기압과 서셉터(2) 위쪽 공간의 기압을 동일하게 하기 위해서는, 서셉터(2) 아래쪽 공간에서의 원료가스의 단위용적당 유량과 서셉터(2) 위쪽 공간에서의 배리어가스의 단위용적당 유량을 같게 하면 된다. 원료가스 및 배리어가스의 단위용적당 유량은, 원료가스 도입관(6)에서 분출되는 원료가스가 배기관(8)에 도달할 때까지 통과하는 공간의 용적과, 배리어가스가 서셉터(2)의 상면 중앙에서 배기관(8)에 도달할 때까지 통과하는 공간의 용적과, 원료가스 및 배리어가스의 공급량을 이용하여 구할 수 있다. 본 실시예의 화학기상성장장치에서는, (원료가스 도입관(6)에서 분출하는 원료가스가 배기관(8)에 도달할 때까지 통과하는 공간의 용적) : (배리어가스가 서셉터(2)의 상면 중앙에서 배기관(8)에 도달할 때까지 통과하는 공간의 용적)은 거의 5:1이다. 이로써 본 실시예의 화학기상성장장치에서는, (원료가스 도입관(6)에서 공급되는 원료가스의 유량) : (제 2 배리어가스 공급부(10)에서 공급되는 배리어가스의 유량)도 거의 5:1로 함으로써, 난류의 발생을 억제하여, 기판(3)의 박막 성장면에 부착하는 미립자 수를 대폭 줄일 수 있다. 또 히터(11)의 표면에 반응생성물이 부착하기 어려워지므로, 성막 시의 진공처리실(4) 내 온도제어 정밀도를 향상시킬 수 있다.
다음에 원료가스와 배리어가스의 흐름을 층류로 하기 위한 제 2 조건으로서, 제 1 배리어가스 공급부(9)로부터의 배리어가스 공급량과 제 2 배리어가스 공급부(10)로부터의 배리어가스 공급량을 동등하게 할 필요가 있음도 알았다. 이와 같이 설정함으로써, 진공처리실(4)의 측벽 중, 히터(11) 상면을 따라 흐르는 배리어가스가 닿는 부분과, 서셉터(2) 상면을 따라 흐르는 배리어가스가 닿는 부분에서 단위용적당 배리어가스 유량이 동등해진다. 이로써 진공처리실(4)의 측벽을 따라 배기관(8)으로 향하는 배리어가스의 흐름에 난류가 발생하지 않게 된다. 그 결과, 원료가스가 배리어가스에 의해 흐트러짐 없이 배출되므로, 진공처리실(4)의 측벽에 부착하는 반응생성물을 저감하여, 기판(3)에 부착하는 미립자를 저감할 수 있다.
이상과 같이 본 실시예의 화학기상성장장치를 이용하면, 개별적으로 유량을 제어할 수 있는 배리어가스 공급부를 복수 개 형성함으로써, 히터(11) 상면 및 서셉터(2)의 상면에 원하는 유량으로 배리어가스를 공급할 수 있으므로, 박막성장 시에 미립자에 의한 오염을 저감할 수 있다. 이로써 반도체장치의 수율을 향상시키는 것이 가능해진다.
또 본 실시예의 박막형성방법에서는, 원료가스의 공급량을 50(L/min), 제 1 배리어가스 공급부(9) 및 제 2 배리어가스 공급부(10)로부터의 배리어가스 공급량을 각각 10(L/min)로 하지만, 각 가스 공급량의 비가 동일하다면 각 가스의 공급량을 변화시켜도 상술한 효과를 얻을 수 있다.
그리고 본 실시예의 화학기상성장장치에서는 제 1 배리어가스 공급부(9)와 제 2 배리어가스 공급부(10)가 동심원상으로 개구되지만, 배리어가스를 빠짐없이 진공처리실(4) 내로 공급할 수 있는 형상이라면 개구부의 형상은 동심원상에 한정되지 않는다.
-본 실시예의 구체예-
도 3은, 본 실시예 및 종래의 화학기상성장장치를 이용하여 각각 박막을 형성한 경우에, 기판(3)에 부착된 미립자 수를 비교한 도이다. 박막 형성은 감압조건 하에서 행하며, 원료가스의 공급량을 50(L/min), 제 1 배리어가스 공급부(9) 및 제 2 배리어가스 공급부(10)로부터의 배리어가스 공급량을 각각 10(L/min)로 한다.
측정한 결과, 도 3에 나타내는 바와 같이, 배리어가스의 공급계통이 1 계통인 것에서는, 기판(3)에 부착된 입경 0.5㎛ 이상의 미립자 수는 162 개다. 이에 반해, 배리어가스의 공급계통을 2 계통으로 한 본 실시예의 화학기상성장장치에서는, 기판(3)에 부착된 미립자 수가 26 개로, 배리어가스의 공급계통이 1 계통일 때의 16%까지 미립자 수를 감소할 수 있음을 알았다.
본 발명에 의하면, 제 1 배리어가스 공급부와 제 2 배리어가스 공급부를 형성하여, 각각 서로 독립되어 유량이 제어된 배리어가스를 제 1 배리어가스 공급부와 제 2 배리어가스 공급부로부터 공급한다. 이로써, 원료가스가 서셉터와 기판의 틈새를 통해 서셉터 상면으로 빠지는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 원료가스의 흐름을 층류로 할 수 있어, 기판처리실의 벽면이나 기판처리실 내의 부재에서 발생한 반응생성물이 기판 표면에 미립자로 되어 부착하는 것을 방지할 수 있다.
또 본 발명의 화학기상성장장치는, 반도체층을 포함하는 반도체장치의 제조에 이용할 수 있다. 또한 본 발명의 박막성장방법은, 배리어가스를 진공처리실 중앙부로부터 공급하는 구조의 화학기상성장장치에 이용할 수 있다.
Claims (5)
- 기판 상에 막을 성장시키기 위한 기판처리실과,상기 기판처리실 내에 배치되어, 상기 막의 성장면을 아래쪽으로 하여 복수의 상기 기판을 설치하기 위한 서셉터와,상기 기판처리실 내 상기 서셉터의 위쪽에 배치되어, 상기 기판을 가열하는 히터와,상기 기판처리실의 상부에 개구되어, 배리어가스를 상기 서셉터 상면에 공급하는 제 1 배리어가스 공급부와,상기 기판처리실의 상부에 개구되어, 상기 배리어가스를 상기 히터 상면에 공급하는 제 2 배리어가스 공급부와,원료가스를 상기 서셉터 하면에 공급하는 원료가스 도입부와,상기 배리어가스 및 상기 원료가스를 상기 기판처리실로부터 배기하는 배기관을 구비하며,상기 제 1 배리어가스 공급부로부터 공급되는 상기 배리어가스의 유량과 상기 제 2 배리어가스 공급부로부터 공급되는 상기 배리어가스의 유량이 독립되어 제어되는 화학기상성장장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 배리어가스 공급부는 상기 기판처리실의 상부 중앙영역에 고리형 으로 개구되며,상기 제 2 배리어가스 공급부는 상기 중앙영역에 상기 제 1 배리어가스 공급부를 둘러싸는 고리형으로 개구되고,상기 원료가스 도입부는, 상기 서셉터의 아래쪽에 형성되는 것을 특징으로 하는 화학기상성장장치.
- 기판처리실과, 서셉터와, 상기 기판처리실 내 상기 서셉터의 위쪽에 배치된 히터와, 상기 기판처리실의 상부에 개구되는 제 1 배리어가스 공급부와, 상기 기판처리실의 상부에 개구되는 제 2 배리어가스 공급부와, 원료가스 도입부를 구비하는 화학기상성장장치를 이용한 막 성장방법이며,상기 서셉터에, 막 성장면을 아래쪽으로 하여 기판을 설치하는 공정(a)과,상기 공정(a) 후, 상기 제 1 배리어가스 공급부로부터 상기 서셉터의 상면에 배리어가스를 공급함과 동시에, 상기 제 2 배리어가스 공급부로부터 상기 히터의 상면에, 상기 제 1 배리어가스 공급부와는 독립되어 유량 제어된 상기 배리어가스를 공급하는 공정(b)과,상기 공정(b)과 동시에, 원료가스를 상기 원료가스 도입부로부터 상기 서셉터 하면에 공급하여 상기 기판 상에 상기 막을 성장시키는 공정(c)을 구비하는 막 성장방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 공정(b)에서는, 상기 제 1 배리어가스 공급부로부터 공급되는 상기 배리어가스의 유량과, 상기 제 2 배리어가스 공급부로부터 공급되는 상기 배리어가스의 유량은 서로 동등해지도록 제어되는 것을 특징으로 하는 막 성장방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 공정(b)에서는, 상기 히터의 하면과 상기 서셉터 상면 사이의 공간에 있어서 상기 배리어가스의 단위용적당 유량이, 상기 공정(c)에서의 상기 서셉터 하면과 상기 기판처리실 사이의 공간에 있어서 상기 원료가스의 단위용적당 유량과 동등해지도록, 상기 제 1 배리어가스 공급부로부터 공급되는 상기 배리어가스의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 막 성장방법.
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