KR100603215B1 - 이중 가스 주입장치를 갖는 고온 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

이중 가스 주입장치를 갖는 고온 화학 기상 증착 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 이중 가스 주입장치를 갖는 고온 화학 기상 증착 장치는, 반응실을 이루는 석영관; 그 내부에 박막성장을 위한 기판이 설치되며, 박막 성장을 위한 열을 발생하는 발열체; 발열체를 지지하는 한편 수소 및 원료가스의 발열체쪽으로의 유동 통로를 제공하는 지지대; 석영관의 몸체 외주에 권취되며, 발열체를 가열하기 위한 고주파 유도 가열용 코일; 석영관의 상부에 결합되며, 수소와 원료가스의 유출구가 마련되어 있는 반응실 상부 플랜지; 석영관의 하부에 결합되며, 수소 및 원료가스의 주입구가 마련되어 있는 반응실 하부 플랜지를 구비하는 고온 화학 기상 증착 장치에 있어서,
상기 반응실 하부 플랜지에는 박막 성장을 위한 원료가스와 상기 발열체 내부측의 압력 유지를 위한 수소의 주입을 위한 수소 및 원료가스 주입구와, 상기 수소에 의한 발열체 내부측의 압력에 상응하는 발열체 외부측의 압력 유지와 발열체 외부의 열화 방지 및 발열체로부터 석영관으로의 열전달을 억제하는 불활성 가스의 주입을 위한 불활성 가스 주입구가 각각 별도로 마련되고, 상기 지지대는 수소 및 원료가스를 상기 발열체쪽으로 유동하도록 하는 통로를 제공하되, 상기 수소 및 원료가스 주입구를 통해 주입된 수소와 원료가스가 오직 발열체의 내부측으로만 유동될 수 있도록 그 측면벽이 밀폐된 원형관 형태로 구성된다.

Description

이중 가스 주입장치를 갖는 고온 화학 기상 증착 장치{High temperature chemical vapor deposition system with dual gas inlets}
도 1은 종래의 탄화규소 에피탁시 박막성장을 위한 고온 화학 기상 증착장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 종래의 다른 탄화규소 에피탁시 박막성장을 위한 고온 화학 기상 증착장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 가스 주입장치를 갖는 고온 화학 기상 증착 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이중 가스 주입장치를 갖는 고온 화학 기상 증착 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101,201,301,401...탄화규소 단결정 기판 102,203,302,403...발열체
105,205,305,405...지지대 106,206...단열재
107,207,307,407...반응실 하부 플랜지 108,208,308,408...석영관
109,209,309,409...반응실 상부 플랜지 204,404...기판지지대
110,210,310,410...고주파 유도 가열용 코일
316,416...불활성 가스 주입구
114,214,314,414...수소 및 원료가스 주입구
115,215,315,415...수소 및 원료가스 유출구
본 발명은 이중 가스 주입장치를 갖는 고온 화학 기상 증착 장치에 관한 것으로서, 특히 원료가스를 전달하는 수소가스를 불활성이면서 열전달 계수가 낮은 아르콘(Ar) 등의 가스와 동시에 주입할 수 있는 이중의 가스 주입 장치를 구비함으써, 위험가스 사용에 따른 위험성을 줄이고, 외벽과의 단열효과를 향상시켜 발열체 외부에 단열재를 사용하지 않아도 되도록 함으로써 공정 안정성을 높이며, 단열재로 인한 불순물 주입 등을 차단할 수 있는 이중 가스 주입장치를 갖는 고온 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 탄화규소 에피탁시 박막 성장에 있어서는 1500∼1600℃의 고온이 필요하며, 화학기상증착법(CVD)이 이용된다. 산화성 가스(예, 산소)가 없는 분위기에서 고온 유지및 고속 승온을 위해 고주파(RF)를 이용한 유도가열형태로 사용된다. 이때 발열체로는 고밀도의 흑연이 이용된다.
원료가스로는 규소의 원료가 되는 SiH4, Si2H6 등의 가스와 탄소의 원료가 되는 CH4, C2H6, C3H8 등이 많이 이용된다. 최근에는 단일 화학종에 규소와 탄소가 포함되어 있는 TMS(trimetylsilane), BTMSM(bistrimetylsilylmethan) 등이 사용되기도 한다. 이들 원료가스의 원활한 전달을 위한 전달 가스로는 주로 수소나 헬륨 등 열전달 계수가 높은 가스들이 이용된다. 수소의 경우 가연성이 커 반응후 가스의 처리 등에 많은 주의가 필요하다. 이런 문제점을 해결하고자 최근에 헬륨 가스를 이용한 화학기상증착법이 적용된 바 있으나, 헬륨 가스의 가격이 고가이어서 실제 박막 증착에는 거의 이용되고 있지 않다. 화학기상증착법의 경우 반응실 내의 전달가스의 흐름이 층류유동이 형성되어야 한다.
층류유동이 형성되기 위해서는 기본적으로 다음의 수식에서와 같이 유체의 속도와 유체 점성계수로부터 결정되는 레이놀즈(Reynolds) 번호가 작아야 한다.
Figure 112004059814601-pat00001
( 여기서, V = 유체평균속도, D = 관지름, ρ= 유체밀도, μ= 유체점성계수를 각각 나타낸다. )
이는 일반적으로 가스의 유속이 느린 경우에 층류를 형성하기가 용이하다는 것을 뜻한다. 하지만 탄화규소 에피탁시 박막성장 장치의 경우에는 성장온도가 고온(1500∼1600℃)이므로 가스의 대류력이 커져서 이들 흐름을 방해하게 된다. 따라서 탄화규소 에피탁시 박막 성장 장치의 경우에는 가스의 유속이 충분히 커서 대류 력에 의한 가스의 흐름을 억제할 수 있어야 하고 동시에 관성력이 점성력에 비해 너무 크지 않도록 낮은 유속을 만족해야 한다. 현재까지의 여러 연구들을 통해 반응실 내의 전체 유속(v)이 1cm/sec < v <10cm/sec의 범위일 때 에피탁시 박막 성장에 적합한 가스 흐름이 형성되는 것으로 알려져 있다. 탄화규소 에피탁시 박막성장 장치의 경우 고온에서 성장이 이루어지므로, 발열체와 반응실의 외벽 사이에 단열재를 장착하여 사용하게 된다. 이때 사용되는 단열재는 기공이 많은 다공질이므로 박막 증착 공정후 기공내에 많은 반응 가스들이 잔류하게 되어 이후의 박막 성장시 원료가스의 조성을 교란하거나 의도하지 않은 불순물들의 주입을 초래하게 된다. 또한, 고밀도의 흑연 발열체에 비해 다공질의 단열재는 고온에서의 경시 변화가 커서 박막 성장 공정시 열적분포의 변화를 초래해 성장되는 박막의 재현성을 현저히 저하시키게 된다.
도 1 및 도 2는 종래 탄화규소 에피탁시 박막성장을 위한 고온 화학 기상 증착장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 탄화규소 에피탁시 박막성장을 위한 고온 화학 기상 증착 장치는 탄화규소 기판(101)을 그 몸체에 직접 장착하거나, 기판지지대(204)에 의해 고정된 탄화규소 기판(101)을 그 사이에 둔 흑연 발열체(102) (203)가 석영관(반응실)(108)(208)의 중심부에 위치되고, 그 외부에 다공질의 단열재(106)(206)가 설치된다. 이들 발열체(102)(203) 및 단열재(106)(206)는 지지대(105)(205) 위에 장착되며, 석영관(108)(208) 외부에 유도가열을 위한 고주파(RF) 코일(110)(210)이 위치하게 된다. 규소와 탄소를 함유한 원료가스들은 수소가스에 희석되어 석영관(반응실)(108)(208) 내로 주입된다. 이 원료가스와 수소가스의 혼합된 가스는 발열체 지지대(105)(205)에 형성된 다수의 구멍(111)(211)들을 통해 발열체(102)(203) 내측으로도 흐르게 되며, 발열체(102)(203) 내외측에서 동일한 압력과 유속으로 흐르게 된다. 이때 발열체(102)(203) 내측으로 흐른 원료가스와 수소가스의 혼합가스로부터 탄화규소 단결정 기판(101) 표면에 동일한 결정방위를 갖는 에피탁시 박막이 성장하게 된다. 반면, 발열체(102)(203) 바깥쪽으로 흐르는 원료가스와 수소가스의 혼합가스는 박막 성장에는 기여하지 못하고 발열체(102)(203) 내측을 거쳐 나온 가스와 합쳐져서 반응실 상단에 마련되어 있는 유출구(115)(215)를 통해 반응실 외부로 빠져 나가게 된다. 여기서, 발열체(102)(203)가 고온이므로 반응실 외벽인 석영관(108)(208)을 공기 또는 냉각수를 이용해 외부로부터 냉각을 하더라도 내부는 열전달 계수가 큰 수소가스로 인해 온도가 상승하게 된다. 이러한 반응실 외벽인 석영관(108)(208)을 고온으로부터 보호하기 위해 발열체(102)(203) 외부에는 앞서 설명한 바와 같이 다공질의 단열재(106)(206)를 설치하게 된다. 도 1 및 도 2에서 참조번호 107,207은 반응실 하부 플랜지, 109,209는 반응실 상부 플랜지를 각각 나타낸다.
한편, 이상과 같은 종래 고온 화학 기상 증착장치에 있어서, 일반적으로 고온 화학 기상 증착장치에 사용되는 단열재는 다공질이므로 이를 통해서도 가스는 흘러가게 된다. 반응실 내의 가스의 압력과 유속은 동일하게 유지되기 때문에 발열체(102)(203) 내측으로 흐르는 가스보다 외측으로 흐르는 가스의 양이 더 많게 된다. 즉, 실제로 박막의 증착에 소요되는 가스보다 더 많은 양의 가스가 박막의 증 착과는 무관하게 소모된다는 것을 의미한다. 또한 단열재(106)(206)에 존재하는 많은 기공에는 원료가스를 포함한 수소가스 등이 박막성장이 끝난 후에도 잔류하게 되고, 반응실을 공기중에 개방하였을 때 공기로부터 순수하지 못한 가스들도 침투하게 되어 이후 박막 성장 공정 도중에 에피탁시 박막내에 불순물로서 포함되게 되는 문제점이 있다. 또한 단열재(106)(206)는 고온에서의 경시변화가 커 장시간 사용하는 경우 박막 성장의 재현성을 확보하기가 어렵다.
본 발명은 이상과 같은 종래 고온 화학 기상 증착장치에서의 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 수소 및 원료가스와 아르곤(Ar) 등 불활성 가스를 분리하여 주입할 수 있도록 함으로써, 보다 용이하게 고순도, 대면적의 탄화규소 에피탁시 박막 성장을 가능하게 하는 이중 가스 주입장치를 갖는 고온 화학 기상 증착 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 가스 주입장치를 갖는 고온 화학 기상 증착 장치는,
탄화규소 에피탁시 박막 성장을 위한 공간으로서의 반응실의 주요 몸체부를 이루는 석영관; 상기 석영관의 내부에 설치되며, 복수의 탄화규소 단결정 기판이 그 몸체의 내벽면에 직접 부착되는, 탄화규소 에피탁시 박막 성장을 위한 고온의 열을 발생하는 발열체; 상기 발열체를 하부에서 지지 및 고정하는 한편 수소 및 원료가스를 상기 발열체쪽으로 유동하도록 하는 통로를 제공하는 지지대; 상기 석영관의 몸체 외주의 일정 영역에 권취되며, 고주파 유도 가열에 의해 상기 발열체를 가열하는 고주파 유도 가열용 코일; 상기 석영관의 상부에 결합되어 석영관과 함께 하나의 반응실을 이루며, 상기 탄화규소 에피탁시 박막 성장 후의 수소와 원료가스의 유출을 위한 유출구가 마련되어 있는 반응실 상부 플랜지; 상기 석영관의 하부에 결합되어 석영관과 함께 하나의 반응실을 이루며, 수소 및 원료가스의 주입을 위한 주입구가 마련되어 있는 반응실 하부 플랜지; 를 구비하는 고온 화학 기상 증착 장치에 있어서,
상기 반응실 하부 플랜지에는 탄화규소 에피탁시 박막 성장을 위한 원료가스와 상기 발열체 내부측의 소정의 압력 유지를 위한 수소의 주입을 위한 수소 및 원료가스 주입구와, 상기 수소에 의한 발열체 내부측의 압력에 상응하는 발열체 외부측의 소정의 압력 유지와 발열체 외부의 열화 방지 및 발열체로부터 석영관으로의 열전달을 억제하는 불활성 가스의 주입을 위한 불활성 가스 주입구가 각각 별도로 마련되고, 상기 지지대는 수소 및 원료가스를 상기 발열체쪽으로 유동하도록 하는 통로를 제공하되, 상기 수소 및 원료가스 주입구를 통해 주입된 수소와 원료가스가 오직 발열체의 내부측으로만 유동될 수 있도록 그 측면벽이 밀폐된 원형관 형태로 구성된 점에 그 특징이 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 이중 가스 주입장치를 갖는 고온 화학 기상 증착 장치는,
탄화규소 에피탁시 박막 성장을 위한 공간으로서의 반응실의 주요 몸체부를 이루는 석영관; 상기 석영관의 내부에 설치되는 것으로, 복수의 탄화규소 단결정 기판이 별도의 기판지지대에 의해 고정되고, 그 별도의 기판지지대가 몸체 내부의 공간 상에 위치되도록 고정되는, 탄화규소 에피탁시 박막 성장을 위한 고온의 열을 발생하는 발열체; 상기 발열체를 하부에서 지지 및 고정하는 한편 수소 및 원료가스를 상기 발열체쪽으로 유동하도록 하는 통로를 제공하는 지지대; 상기 석영관의 몸체 외주의 일정 영역에 권취되며, 고주파 유도 가열에 의해 상기 발열체를 가열하는 고주파 유도 가열용 코일; 상기 석영관의 상부에 결합되어 석영관과 함께 하나의 반응실을 이루며, 상기 탄화규소 에피탁시 박막 성장 후의 수소와 원료가스의 유출을 위한 유출구가 마련되어 있는 반응실 상부 플랜지; 상기 석영관의 하부에 결합되어 석영관과 함께 하나의 반응실을 이루며, 수소 및 원료가스의 주입을 위한 주입구가 마련되어 있는 반응실 하부 플랜지; 를 구비하는 고온 화학 기상 증착 장치에 있어서,
상기 반응실 하부 플랜지에는 탄화규소 에피탁시 박막 성장을 위한 원료가스와 상기 발열체 내부측의 소정의 압력 유지를 위한 수소의 주입을 위한 수소 및 원료가스 주입구와, 상기 수소에 의한 발열체 내부측의 압력에 상응하는 발열체 외부측의 소정의 압력 유지와 발열체 외부의 열화 방지 및 발열체로부터 석영관으로의 열전달을 억제하는 불활성 가스의 주입을 위한 불활성 가스 주입구가 각각 별도로 마련되고, 상기 지지대는 수소 및 원료가스를 상기 발열체쪽으로 유동하도록 하는 통로를 제공하되, 상기 수소 및 원료가스 주입구를 통해 주입된 수소와 원료가스가 오직 발열체의 내부측으로만 유동될 수 있도록 그 측면벽이 밀폐된 원형관 형태로 구성된 점에 그 특징이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 가스 주입장치를 갖는 고온 화학 기상 증착 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 가스 주입장치를 갖는 고온 화학 기상 증착 장치(300)는 일반적인 고온 화학 기상 증착 장치의 구성을 기본적으로 갖는다.
즉, 탄화규소 에피탁시 박막 성장을 위한 공간으로서의 반응실의 주요 몸체부를 이루는 석영관(308)과; 상기 석영관(308)의 내부에 설치되며, 복수의 탄화규소 단결정 기판(301)이 그 몸체의 내벽면에 직접 부착되는, 탄화규소 에피탁시 박막 성장을 위한 고온의 열을 발생하는 발열체(302)와; 상기 발열체(302)를 하부에서 지지 및 고정하는 한편 수소 및 원료가스를 상기 발열체(302)쪽으로 유동하도록 하는 통로를 제공하는 지지대(305)와; 상기 석영관(308)의 몸체 외주의 일정 영역에 권취되며, 고주파 유도 가열에 의해 상기 발열체(302)를 가열하는 고주파 유도 가열용 코일(310)과; 상기 석영관(308)의 상부에 결합되어 석영관(308)과 함께 하나의 반응실을 이루며, 상기 탄화규소 에피탁시 박막 성장 후의 수소와 원료가스의 유출을 위한 유출구(315)가 마련되어 있는 반응실 상부 플랜지(309)와; 상기 석영관(308)의 하부에 결합되어 석영관(308)과 함께 하나의 반응실을 이루며, 수소 및 원료가스의 주입을 위한 주입구(314)가 마련되어 있는 반응실 하부 플랜지(307)를 기본적으로 구비한다.
그러나, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 가스 주입장치를 갖는 고온 화학 기상 증착 장치(300)에 있어서는 상기 반응실 하부 플랜지(307)에 탄화규소 에피탁시 박막 성장을 위한 원료가스와 상기 발열체(302) 내부측의 소정의 압력 유지를 위한 수소의 주입을 위한 수소 및 원료가스 주입구(314)와, 상기 수소에 의한 발열체(302) 내부측의 압력에 상응하는 발열체(302) 외부측의 소정의 압력 유지와 발열체(302) 외부의 열화 방지 및 발열체(302)로부터 석영관(308)으로의 열전달을 억제하는 불활성 가스의 주입을 위한 불활성 가스 주입구(316)가 각각 별도로 마련된다. 또한, 상기 지지대(305)는 수소 및 원료가스를 상기 발열체(302) 쪽으로 유동하도록 하는 통로를 제공하되, 상기 수소 및 원료가스 주입구(314)를 통해 주입된 수소와 원료가스가 오직 발열체(302)의 내부측으로만 유동될 수 있도록 그 측면벽이 밀폐된 원형관 형태로 구성된다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이중 가스 주입장치를 갖는 고온 화학 기상 증착 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이중 가스 주입장치를 갖는 고온 화학 기상 증착 장치(400)는 상기 제1 실시예와 마찬가지로 일반적인 고온 화학 기상 증착 장치의 구성을 기본적으로 갖는다.
즉, 탄화규소 에피탁시 박막 성장을 위한 공간으로서의 반응실의 주요 몸체부를 이루는 석영관(408)과; 상기 석영관(408)의 내부에 설치되는 것으로, 복수의 탄화규소 단결정 기판(401)이 별도의 기판지지대(404)에 의해 고정되고, 그 별도의 기판지지대(404)가 몸체 내부의 공간 상에 위치되도록 고정되는, 탄화규소 에피탁시 박막 성장을 위한 고온의 열을 발생하는 발열체(403)와; 상기 발열체(403)를 하부에서 지지 및 고정하는 한편 수소 및 원료가스를 상기 발열체(403) 쪽으로 유동하도록 하는 통로를 제공하는 지지대(405); 상기 석영관(408)의 몸체 외주의 일정 영역에 권취되며, 고주파 유도 가열에 의해 상기 발열체(403)를 가열하는 고주파 유도 가열용 코일(410)과; 상기 석영관(408)의 상부에 결합되어 석영관(408)과 함께 하나의 반응실을 이루며, 상기 탄화규소 에피탁시 박막 성장 후의 수소와 원료가스의 유출을 위한 유출구(415)가 마련되어 있는 반응실 상부 플랜지(409)와; 상기 석영관(408)의 하부에 결합되어 석영관(408)과 함께 하나의 반응실을 이루며, 수소 및 원료가스의 주입을 위한 주입구(414)가 마련되어 있는 반응실 하부 플랜지(407)를 기본적으로 구비한다.
그러나, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이중 가스 주입장치를 갖는 고온 화학 기상 증착 장치(400)에 있어서는 상기 제1 실시예의 경우와 마찬가지로 상기 반응실 하부 플랜지(407)에 탄화규소 에피탁시 박막 성장을 위한 원료가스와 상기 발열체(403) 내부측의 소정의 압력 유지를 위한 수소의 주입을 위한 수소 및 원료가스 주입구(414)와, 상기 수소에 의한 발열체(403) 내부측의 압력에 상응하는 발열체(403) 외부측의 소정의 압력 유지와 발열체(403) 외부의 열화 방지 및 발열체(403)로부터 석영관(408)으로의 열전달을 억제하는 불활성 가스의 주입을 위한 불활성 가스 주입구(416)가 각각 별도로 마련되고, 상기 지지대(405)는 수소 및 원료가스를 상기 발열체(403) 쪽으로 유동하도록 하는 통로를 제공하되, 상기 수소 및 원료 가스 주입구(414)를 통해 주입된 수소와 원료가스가 오직 발열체(403)의 내부측으로만 유동될 수 있도록 그 측면벽이 밀폐된 원형관 형태로 구성된다.
그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 제1,제2 실시예에 따른 이중 가스 주입장치를 갖는 고온 화학 기상 증착 장치(300)(400)를 이용한 에피탁시 박막 성장 과정에 대하여 도 3 및 도 4를 참조하면서 설명해 보기로 한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 우선 발열체(302)의 내벽 또는 발열체(403) 내부에 위치하는 기판지지대(404)에 탄화규소 단결정 기판(301)(401)을 장착하고, 발열체(302)403)를 지지대(305)(405)에 설치한다. 그런 다음, 그 지지대(305)(405)의 하단이 발열체(302)(403)의 외부 전달가스(불활성 가스) 주입구(316)(416)와 별도로 형성되어진 원료가스 및 수소가스 주입구(314)(414)와 연결되도록 반응실 하부 플랜지(307)(407)를 지지대(305,405)의 하단에 장착한다. 이후 반응실내 산소를 포함한 기상 성분을 제거하고자 진공 펌프를 이용하여 수차례 진공 상태로 만든다. 반응실내 불순물 성분이 충분히 제거된 다음 발열체 외부가스(불활성 가스) 주입구(316)(416)를 통해 불활성 가스(예컨대, Ar 가스)를, 그리고 발열체 내부 가스(수소 및 원료가스) 주입구(314)(414)를 통해 수소가스를 흘려 특정 압력을 유지하도록 한다. 이때 Ar 가스와 수소가스의 유량은 서로 흐름을 방해하지 않도록 동일한 유속이 유지되도록 조절한다. 특정 압력에서 동일한 유속이 유지되는 조건하에서 고주파 유도장치를 가동시켜 반응실내 발열체(302)(403)가 유도 가열되도록 한다. 광학 온도계를 통해 발열체(302)(403) 및 탄화규소 단결정 기판(301)(401)의 온도를 확인하여 전체적인 온도분포가 유지되도록 고주파 유도 가열용 코일(310)(410) 과 발열체(302)(403)의 상대적 위치를 조절한다. 탄화규소 단결정 기판(301)(401)의 온도가 특정온도(박막성장온도)에 도달하면 정해진 유량으로 원료가스(예컨대, SiH4 및 C3H8 가스)를 수소가스와 함께 발열체(302)(403) 내부 가스(수소 및 원료가스) 유입구(314)(414)를 통해 발열체(302)(403) 내부로 흘려준다. 이때 원료가스의 총유량은 발열체 내부 가스와 발열체 외부가스의 유속이 바뀌지 않도록 상대적으로 적은 양으로 조절한다. 원하는 시간동안 박막의 성장이 수행되면 먼저 원료가스의 주입을 차단하고, 고주파 유도장치의 전원을 차단하여 발열체(302)(403)가 서서히 냉각되도록 한다. 발열체(302)(403)가 충분히 냉각된 후에는 발열체(302)(403) 내부로 흐르는 수소가스와 발열체(302)(403) 외부로 흐르는 Ar 가스의 흐름을 차단하고 진공펌프를 이용해 펌핑한다. 충분히 펌핑이 진행된 후, 다시 Ar 또는 질소 등의 불활성 가스를 주입하고 다시 펌핑한다. 이러한 과정을 수차례 반복한 후 불활성 가스로 반응실의 압력을 대기압 상태로 만든 후, 발열체(302)(403) 및 발열체 지지대(305)(405)를 반응실 밖으로 꺼내어 탄화규소 단결정 기판(301)(401)을 발열체(302)의 내벽 및 기판지지대(404)로부터 분리한다. 이로써 일련의 에피탁시 박막 성장 과정이 완료된다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 이중 가스 주입장치를 갖는 고온 화학 기상 증착 장치는 탄화규소 에피탁시 박막 성장이 일어나는 반응실 중심부에 는 수소가스와 원료가스가 주입되도록 하고, 바깥부분에는 불순물 주입의 염려가 없고 열전달계수가 낮은 Ar 등 불활성가스를 주입되게 함으로써, 불순물 제어의 걸림돌이 되는 반응실 내부의 단열재를 사용할 필요가 없게 된다. 따라서 단열재로부터 에피탁시 박막으로의 불순물 주입을 원천적으로 방지할 수 있고, 동일 면적의 기판을 사용하는데 있어 반응실의 단면적을 최소화할 수 있게 하여 고주파 유도가열의 효율을 높여 보다 용이하게 고순도, 대면적의 탄화규소 에피탁시 박막의 성장을 가능하게 하는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 탄화규소 에피탁시 박막 성장을 위한 공간으로서의 반응실의 주요 몸체부를 이루는 석영관; 상기 석영관의 내부에 설치되며, 복수의 탄화규소 단결정 기판이 그 몸체의 내벽면에 직접 부착되는, 핫월(hot-wall) 형태의 탄화규소 에피탁시 박막 성장을 위한 고온의 열을 발생하는 발열체; 상기 발열체를 하부에서 지지 및 고정하는 한편 수소 및 원료가스를 상기 발열체쪽으로 유동하도록 하는 통로를 제공하는 지지대; 상기 석영관의 몸체 외주의 일정 영역에 권취되며, 고주파 유도 가열에 의해 상기 발열체를 가열하는 고주파 유도 가열용 코일; 상기 석영관의 상부에 결합되어 석영관과 함께 하나의 반응실을 이루며, 상기 탄화규소 에피탁시 박막 성장 후의 수소와 원료가스의 유출을 위한 유출구가 마련되어 있는 반응실 상부 플랜지; 상기 석영관의 하부에 결합되어 석영관과 함께 하나의 반응실을 이루며, 수소 및 원료가스의 주입을 위한 주입구가 마련되어 있는 반응실 하부 플랜지; 를 구비하는 고온 화학적 기상 증착 장치에 있어서:
    상기 반응실 하부 플랜지에는 탄화규소 에피탁시 박막 성장을 위한 원료가스와 상기 발열체 내부측의 소정의 압력 유지를 위한 수소의 주입을 위한 수소 및 원료가스 주입구와;
    상기 수소에 의한 발열체 내부측의 압력에 상응하는 발열체 외부측의 소정의 압력 유지와 발열체 외부의 열화 방지 및 발열체로부터 석영관으로의 열전달을 억제하는 불활성 가스의 주입을 위한 불활성 가스 주입구가 각각 별도로 마련되고,
    상기 지지대는 수소 및 원료가스를 상기 발열체쪽으로 유동하도록 하는 통로를 제공하되, 상기 수소 및 원료가스 주입구를 통해 주입된 수소와 원료가스가 오직 발열체의 내부측으로만 유동될 수 있도록 하며, 외부에서 유동되는 불활성 가스는 기판에서 반응이 일어나기 전에는 혼합이 되지 않도록 그 측면벽이 밀폐된 원형관 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 이중 가스 주입장치를 갖는 고온 화학적 기상 증착 장치.
  2. 탄화규소 에피탁시 박막 성장을 위한 공간으로서의 반응실의 주요 몸체부를 이루는 석영관; 상기 석영관의 내부에 설치되는 것으로, 복수의 탄화규소 단결정 기판이 별도의 기판지지대에 의해 고정되고, 그 별도의 기판지지대가 몸체 내부의 공간 상에 위치되도록 고정되는, 탄화규소 에피탁시 박막 성장을 위한 고온의 열을 발생하는 핫월(hot-wall) 형태의 발열체; 상기 발열체를 하부에서 지지 및 고정하는 한편 수소 및 원료가스를 상기 발열체쪽으로 유동하도록 하는 통로를 제공하는 지지대; 상기 석영관의 몸체 외주의 일정 영역에 권취되며, 고주파 유도 가열에 의해 상기 발열체를 가열하는 고주파 유도 가열용 코일; 상기 석영관의 상부에 결합되어 석영관과 함께 하나의 반응실을 이루며, 상기 탄화규소 에피탁시 박막 성장 후의 수소와 원료가스의 유출을 위한 유출구가 마련되어 있는 반응실 상부 플랜지; 상기 석영관의 하부에 결합되어 석영관과 함께 하나의 반응실을 이루며, 수소 및 원료가스의 주입을 위한 주입구가 마련되어 있는 반응실 하부 플랜지; 를 구비하는 고온 화학적 기상 증착 장치에 있어서:
    상기 반응실 하부 플랜지에는 탄화규소 에피탁시 박막 성장을 위한 원료가스와 상기 발열체 내부측의 소정의 압력 유지를 위한 수소의 주입을 위한 수소 및 원료가스 주입구와;
    상기 수소에 의한 발열체 내부측의 압력에 상응하는 발열체 외부측의 소정의 압력 유지와 발열체 외부의 열화 방지 및 발열체로부터 석영관으로의 열전달을 억제하는 불활성 가스의 주입을 위한 불활성 가스 주입구가 각각 별도로 마련되고,
    상기 지지대는 수소 및 원료가스를 상기 발열체쪽으로 유동하도록 하는 통로를 제공하되, 상기 수소 및 원료가스 주입구를 통해 주입된 수소와 원료가스가 오직 발열체의 내부측으로만 유동될 수 있도록 하며, 외부에서 유동되는 불활성 가스는 기판에서 반응이 일어나기 전에는 혼합이 되지 않도록 그 측면벽이 밀폐된 원형관 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 이중 가스 주입장치를 갖는 고온 화학적 기상 증착 장치.
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