KR101064909B1 - 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치 - Google Patents
질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명에 따라서 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치가 제공되는데, 상기 장치는 서스셉터 상에 장착된 기판 상에 소정의 물질을 증착하는 증착 공정을 수행하기 위한 증착 챔버와, 상기 증착 챔버로 반응 가스를 공급하기 위한 가스 공급 시스템을 포함하고, 상기 가스 공급 시스템은 상기 증착 챔버와 연결되고, 상기 증착 챔버 내에서서의 증착에 필요한 실리콘 및 탄소 반응물을 공급하는 반응물 소스와, 상기 증착 챔버 및 반응물 소스에 연결되고, 상기 반응물을 상기 증착 챔버 내로 운반하기 위한 운반 기체를 공급하는 운반 기체 소스와, 상기 증착 챔버와 연결되고, 상기 반응물 및 반응물 운반 기체의 혼합물을 미리 정해진 농도로 유지시켜 주는 질소 기체를 공급하는 질소 소스와, 상기 증착 챔버에 연결되고, 내부에 구비된 고압 발생 장치에 의해 야기되는 전기적 에너지와의 충돌을 통해 상기 질소 소스로부터 공급되는 질소 기체의 결합을 분해하여, 질소 원자를 상기 증착 챔버에 제공하는 오존 발생기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 실리콘 카바이드 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 질소를 함유하는 실리콘 카바이드를 저비용 및 고효율로 제조하는 장치에 관한 것이다.
실리콘 카바이드, 특히 화학 기상 증착에 의해 제조된 실리콘 카바이드는 독특한 특성들을 갖고 있는 것으로 알려져 있다(예컨대, 미국 특허 제5,638,028호 참조). 절연물질로 주로 사용된 실리콘 카바이드에 대해서는 전도성이 특별히 요구되지 않았다. 그러나, 최근 실리콘 카바이드의 전도성 물질로의 응용이 연구됨에 따라 그 전기 저항성에 대해 많은 관심이 집중되고 있다.
예컨대, 플라즈마 식각 챔버들 내에서 사용되는 플라즈마 스크린, 초점 링, 엣지 링과 같은 특정 부붐들은 높은 온도 안정성뿐만 아니라 전기적 전도성이 요구되고 있다. 실리콘 카바이드가 갖고 있는 높은 온도 특성때문에 이러한 부품으로의 실리콘 카바이드 재료를 선택하고 있으나, 실리콘 카바이드는 높은 저항성을 갖 고 있어, 보다 큰 전기 전도성을 요구하는 이러한 부품 제조에의 사용은 제한되고 있다.
이와 관련하여, 고농도의 질소를 함유하는 실리콘 카바이드는 실리콘 카바이드의 저항을 떨어뜨려, 전기 전도성 요구 조건을 충족시키는 것으로 보인다. 그런데, 종래 기술에 따르면, 실리콘 카바이드에 질소를 포함시키기 위해서는 질소를 반응 챔버 내에 거의 무제한으로 공급하여야 원하는 농도의 질소가 함유된 실리콘 카바이드를 제조할 수 있어, 경제성이나 제조 효율면에서 적용하기 어려운 것으로 판단되고 있다.
특히, 질소는 3중 결합으로 서로 결합되어 있는데, 이들 질소 분자를 분해하여 질소 원자를 실리콘 카바이드에 포함시키는 것은 거의 불가능에 가까운 것으로 보인다. 따라서, 실리콘 카바이드의 제조 공정 중에 간편하게 질소 원자를 실리콘 카바이드에 포함시키는 기술에 대한 요구가 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 한 가지 목적은 높은 전기 전도성을 갖는 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 3중 결합의 견고한 질소 분자의 결합을 분리하여, 질소 원자가 실리콘 카바이드 내에 포함될 수 있도록 하는 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 과도한 양의 질소를 사용하지 않고도 원하는 농도의 질소 원자가 실리콘 카바이드 내에 포함될 수 있도록 하는 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 3중 결합의 견고한 질소 분자를 이용하는 것이 아니라, 질소 분자를 수소 혹은 산소 질소 화합물로 변화시켜, 상기 화합물을 이용하여 질소 원자를 실리콘 카바이드 내에 포함시킬 수 있는 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따라서 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치가 제공되는데, 상기 장치는 서스셉터 상에 장착된 기판 상에 소정의 물질을 증착하는 증착 공정을 수행하기 위한 증착 챔버와, 상기 증착 챔버로 반응 가스를 공급하기 위한 가스 공급 시스템을 포함하고, 상기 가스 공급 시스템은 상기 증착 챔버와 연결되고, 상기 증착 챔버 내에서서의 증착에 필요한 실리콘 및 탄소 반응물을 공급하는 반응물 소스와, 상기 증착 챔버 및 반응물 소스에 연결되고, 상기 반응물을 상기 증착 챔버 내로 운반하기 위한 운반 기체를 공급하는 운반 기체 소스와, 상기 증착 챔버와 연결되고, 상기 반응물 및 반응물 운반 기체의 혼합물을 미리 정해진 농도로 유지시켜 주는 질소 기체를 공급하는 질소 소스와, 상기 증착 챔버에 연결되고, 내부에 구비된 고압 발생 장치에 의해 야기되는 전기적 에너지와의 충돌을 통해 상기 질소 소스로부터 공급되는 질소 기체의 결합을 분해하여, 질소 원자를 상기 증착 챔버에 제공하는 오존 발생기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 오존 발생기는 상기 질소 소스와 증착 챔버 사이에 연결되고, 상기 고압 발생 장치에 의한 전기적 에너지와의 충돌을 통해 상기 질소 소스로부터 공급되는 질소 기체의 결합을 분해하여, 질소 원자를 상기 증착 챔버로 공급할 수 있다.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 오존 발생기는 상기 질소 소스 및 상기 운반 기체 소스와 연결되고, 상기 고압 발생 장치에 의한 전기적 에너지와의 충돌 및 상기 운반 기체와의 충돌을 통해 상기 질소 소스로부터 공급되는 질소 기체의 결합을 분해할 수 있다.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 운반 기체는 수소 기체 또는 아르곤 기체일 수 있다.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 운반 기체는 수소 기체이고, 상기 오존 발생기는 상기 고압 발생 장치에 의한 전기적 에너지와의 충돌 및 상기 수소 기체와의 충돌을 통해 상기 질소 소스로부터 공급되는 질소 기체의 결합을 분해하여, 상기 수소 기체와 질소 원자의 반응을 유도하여, 수소-질소 화합물(NH2 또는 NH)을 생성하고, 상기 화합물을 상기 증착 챔버로 공급할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서 제공되는 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치는 서스셉터 상에 장착된 기판 상에 소정의 물질을 증착하는 증착 공정을 수행하기 위한 증착 챔버와, 상기 증착 챔버로 반응 가스를 공급하기 위한 가스 공급 시스템을 포함하고, 상기 가스 공급 시스템은 상기 증착 챔버와 연결되고, 상기 증착 챔버 내에서서의 증착에 필요한 실리콘 및 탄소 반응물을 공급하는 반응물 소스와, 상기 증착 챔버 및 반응물 소스에 연결되고, 상기 반응물을 상기 증착 챔버 내로 운반하기 위한 운반 기체를 공급하는 운반 기체 소스와, 상기 증착 챔버와 연결되고, 상기 반응물 및 반응물 운반 기체의 혼합물을 미리 정해진 농도로 유지시켜 주는 질소 기체를 공급하는 질소 소스와, 상기 증착 챔버에 연결되고, 산소 소스로부터 공급받은 산소를 이용하여 오존을 생성하고, 이 생성된 오존을 통해 상기 질소 기체의 결합을 분해하여 질소 원자를 상기 증착 챔버로 공급하거나, 내부에 구 비된 고압 발생 장치에 의해 야기되는 전기적 에너지 충돌을 통해 상기 질소 소스 및 산소 소스로부터 공급되는 질소 기체와 산소 기체의 반응을 유도하여, 산소-질소 화합물(NO 또는 NO2)을 생성하고, 상기 화합물을 상기 증착 챔버로 공급하는 오존 발생기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 반응물 소스는 반응물의 버블링을 통해 상기 운반 기체와 혼합된 상태로 기화되어, 상기 증착 챔버 내로 공급될 수 있다.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 반응물 소스는 Si와 C의 함량비가 1:1인 액상의 메틸트리클로로실란(MTS; CH3SiCl3)일 수 있다.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 장치는 상기 증착 챔버에서의 반응 후 부산물을 중화하기 위한 배기 시스템을 더 포함할 수 있고, 상기 배기 시스템은 상기 부산물을 중화시키기 위한 알카리 트랩을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 기판 상에 질소 함유 실리콘 카바이드를 증착하기 위한 방법이 제공되는데, 상기 방법은 증착 챔버 상에 기판을 제공하는 단계와, 실리콘 및 탄소 반응물을 운반 기체화 혼합된 기체 형태로 상기 증착 챔버에 공급하는 단계와, 오존 발생기 내 고압 발생 장치에 의한 전기적 에너지와 질소 소 스로부터 공급되는 질소 기체를 충돌시켜, 질소 기체의 3중 결합을 분해하여, 질소 원자 형태로 상기 증착 챔버에 공급하여, 상기 증착 챔버에서의 실리콘 카바이드 증착 중에 상기 질소 원자가 상기 실리콘 카바이드 중에 포함되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 방법은 상기 운반 기체의 일부를 상기 오존 발생기에 공급하는 단계를 더 포함하고, 이 경우 상기 고압 발생 장치에 의한 전기적 에너지와의 충돌 및 상기 운반 기체와의 충돌을 통해 상기 질소 소스로부터 공급되는 질소 기체의 결합을 분해한다.
본 발명에 따르면, 질소 기체를 무제한적으로 공급하지 않아도, 반응 챔버 중에서의 증착 공정 중에 질소 기체의 결합을 끊어 실리콘 카바이드에 포함시킬 수가 있어, 제조 비용의 절감 및 프로세스의 단순화를 달성할 수 있다.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 예컨대 증착 챔버에서의 실리콘 카바이드 증착과 같이 당업계에 널리 알려진 기술에 대해서는 그 설명을 생략한다. 이러한 설명을 생략한다 하더라도, 당업자라면 이하의 설명을 통해 본 발명을 특징적 구성을 아무런 어려움 없이 이해할 수 있을 것이다.
도 1에는 본 발명의 한 가지 실시예에 따른 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치의 구성이 개략적인 블록도 형태로 도시되어 있다.
본 발명의 제조 장치는 크게 서스셉터(도시 생략) 상에 장착된 기판 상에 소정의 물질, 즉 실리콘 카바이드(SiC)를 증착하는 증착 공정을 수행하는 퍼니스(furnace)와, 상기 퍼니스로 반응 가스를 공급하기 위한 가스 공급 시스템을 포함한다.
상기 퍼니스는 고온에서도 사용 가능한 hot wall 형의 수평 증착 챔버로서 알루미나로 구성된다.
가스 공급 시스템은 반응물 소스를 포함한다. 상기 반응물 소스는 상기 퍼니스와 연결되어 있는데, 본 발명에 따르면 상기 반응물로서 Si와 C의 함량비가 1:1인 메틸클로로실란(methylchlorosilane; MTS) 즉 CH3SiCl3를 사용한다. 한편, 반응물 소스와 퍼니스 사이에 진공게이지(P1)가 설치되어 있는데, 상기 진공게이지(P1)는 반응물 소스의 공급 압력을 표시하기 위한 것으로서, 사용자는 진공 게이지(P1)에 표시되는 압력을 보고 반응물 소스의 공급 압력을 원하는 압력(예컨대, 10 torr)으로 조절할 수 있다.
또한, 가스 공급 시스템은 운반 기체 소스를 포함한다. 상기 운반 기체 소스는 상기 퍼니스와 연결되어 있고, 상기 MTS를 퍼니스 내로 운반하기 위한 운반 기체를 공급한다. 본 발명에 따르면, 운반 기체로서 수소 기체(H2) 또는 아르곤 기체(Ar)를 사용하며, 이 운반 기체의 유량은 질량 유동 제어기(mass flow controller), 즉 MFC3로 제어한다. 운반 기체 소스로부터 공급되는 운반 기체, 예컨대 수소 기체 중 일부는 MFC2의 제어 하에 퍼니스 내로 공급되고, 일부는 MFC3의 제어하에 상기 반응물 소스로 공급되는데, 상기 반응물 소스에서 액체 상태의 반응물을 버블링(bubbling)을 통해 수소 기체와 혼합된 상태로 기화시켜, 그 혼합물이 퍼니스 내로 공급된다. 이때 버블러(bubbler), 즉 칠러는 0℃로 항온 유지된다.
한편, 상기 반응물과 운반 기체의 혼합물을 적정 농도로 유지시킬 필요가 있는데, 이를 위해 가스 공급 시스템은 희석 기체 소스를 포함하고 있다. 희석 기체 소스 역시 퍼니스에 연결되어 있으며, 그 유량은 MFC1에 의해 제어된다. 본 발명에 따르면 희석 기체로서 질소를 사용하며, 이 질소 기체는 후술하는 바와 같이 원자 형태로 분해되어 퍼니스 내로 공급되며, 퍼니스 내에서 증착되는 실리콘 카바이드에 함유된다.
한편, 도시한 바와 같이, 본 발명에 따르면 가스 공급 시스템은 오존 발생기를 포함하고 있다. 오존 발생기는 퍼니스에 연결되어 있으며, 실시예에 따라 희석 기체 소스, 운반 기체 소스, 산소 기체 소스와 연결된다. 오존 발생기에서 변화되는 희석 기체, 운반 기체, 산소 기체는 오존 발생기에 구비된 유량 조절기의 제어 하에 퍼니스 내로 공급된다.
본 발명자의 관찰에 따르면, 도 1과 같이 질소 소스로부터 공급 받은 질소는 오존 발생기 내부의 고압 발생기를 통한 전기적 에너지 충돌에 의하여 질소 기체의 3중 결합 분해가 촉진되어, 대부분 단원자 질소 상태로 퍼니스에 공급되어, 퍼니스 내에서 형성되는 실리콘 카바이드에 함유된다. 도 2에 도시한 실시예의 경우, 희석 기체와 운반 기체는 오존 발생기 내에 유도된 전기적 에너지충돌과 서로의 원자간 충돌에 의하여 질소 기체의 3중 결합이 분해되고 수소 역시 분해되어, 수소-질소 화합물(NH2 또는 NH)을 생성하여, 이 화합물이 퍼니스 내로 공급된다. 퍼니스로 공급된 수소-질소 화합물은 반응물 소스, 즉 MTS의 Cl과 반응하여, HCl을 형성하고, 따라서 단원자 상태의 질소가 퍼니스 내에 존재하게 되어, 퍼니스 내에서 형성되는 실리콘 카바이드에 함유되게 된다.
도 3에 도시한 실시예의 경우, 오존 발생기에서 생성된 오존에 의해 질소 기체의 3중 결합이 분해되며, 이 분해된 질소 원자가 퍼니스 내로 공급된다. 또한, 실시예에 따라서는 도 4에 도시한 바와 같이, 오존 발생기는 산소 기체 소스 및 희석 기체 소스와 연결된다. 이 실시예는 도 3에 도시한 것과 유사하지만, 산소 기체와 질소 기체가 오존 발생기에 들어가기 전에 혼합되고, 오존 발생기에서 각 기체는 고압 발생기에 의해 더욱 잘 분해되어 일산화질소(NO)나 이산화질소(NO2)로 되어, 퍼니스로 공급되며, 이러한 일산화질소나 이산화질소는 퍼니스 내에서 MTS의 Si과 반응하게 되어, 질소-산소 결합이 분리되고, 따라서 단원자 상태의 질소가 퍼 니스 내에 존재하게 되어, 퍼니스 내에서 형성되는 실리콘 카바이드에 용이하게 함유된다.
오존은 높은 반응성을 갖고 있어, 극미량의 산소로 만들어진 오존만으로도 그 반응도가 질소 기체의 3중 결합을 해제할 만큼 충분한 것으로 보이며, 또한 오존 발생기를 통한 질소 기체, 운반 기체 및 그들간의 반응이 활성화되어 해당 원자간 충돌에 의한 반응도가 질소 기체의 3중 결합을 해제할 만큼 충분한 것으로 보인다. 오존 발생기에 의해 결합이 분해된 질소 기체, 즉 질소 원자는 퍼니스 내에서의 실리콘 카바이드 증착 공정 중에 실리콘 카바이드 중에 함유되어, 최종적으로 만들어진 실리콘 카바이드 내에는 소정 농도의 질소 원자가 포함되게 된다. 이러한 본 발명에 따르면, 실리콘 카바이드에 질소 원자를 포함시키기 위해, 사실상 거의 무제한적으로 질소 기체를 공급할 필요가 없게 되어, 그 제조 비용을 대폭적으로 절감시킬 수가 있다. 즉 퍼니스 내에서 질소 원자를 실리콘 카바이드를 포함시키는 것과 관련하여, 오존 발생기에서 발생되는 활성화된 질소 기체 및 운반 기체와 오존량을 제어하는 것만으로도 원하는 목적을 달성할 수가 있어, 제조 비용 절감, 소스의 유량 감소 및 공정 속도의 증진을 달성할 수가 있다.
한편, 본 발명에 따른 장치는 배기 시스템을 더 포함할 수 있다. 즉 퍼니스 내에서의 반응에 따라 부산물, 예컨대 HCl이 발생하는데, 이를 중화시키기 위해 알카리 트랩(alkali trap)이 제공된다. 이 알카리 트랩 내에는 NaOH가 제공되어 있 어서, 퍼니스 내에서 생성된 HCl과 반응하여 중화시킨다. 또한, 이러한 중화 과정에 따라 발생되는 여러 생성 기체를 흡입 배출하기 위하여 진공 펌프가 제공된다. 벨로즈 밸브는 진공 펌프의 압력을 조절하기 위해 제공되며, 벨로즈 밸브와 알카리 트랩 사이에 설치된 진공 게이지(P2)는 퍼니스 내의 압력을 표시하는 것으로서, 사용자는 진공 게이지(P2)에 표시되는 압력을 보고, 퍼니스 내에서의 증착 반응시 퍼니스 내의 압력을 원하는 증착 압력(예컨대, 50 torr)으로 조절할 수 있다.
<실험예>
종래 기술에서도 설명한 바와 같이, 반도체 공정장비 뿐만 아니라, 우주항공용 재료에도 사용하는 실리콘 카바이드는 전기적 저항 조절이 중요하게 여겨진다.
본 발명자는 먼저, 1,400℃의 증착 온도 및 50 torr의 증착 압력에서, 수소 분위기와 질소 분위기로 증착한 실리콘 카바이드의 전기적 저항 값을 측정 온도를 변화시키면서 비교하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 측정 온도를 변화시키면서, 즉 온도를 높이면서 저항값을 측정한 이유는 실리콘 카바이드를 재료로 반도체 장비나 기타 장비를 제조하였을 때 그 주변의 온도에 따른 저항값도 함께 알아보기 위함이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 질소 분위기에서 증착한 실리콘 카바이드의 경우 저항값이 수소 분위기의 저항보다 현저히 낮음을 알 수 있다.
이어서, 본 발명자는 본 발명에서 제시한 장치를 이용하여, 실리콘 카바이드를 질소 분위기에서 제조하였다. 먼저 대조군으로서, 1,400℃에서 실리콘 카바이 드를 증착하였으며, 이때 질소는 100 sccm, 900 sccm의 유량으로 공급하였다. 다음에, 증착된 실리콘 카바이드의 저항을 온도에 따라 측정하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6에 도시한 바와 같이, 100 sccm의 질소를 공급한 경우보다, 900 sccm의 질소를 공급한 경우에, 실리콘 카바이드의 저항이 낮음을 알 수 있다. 이는 질소를 많이 공급할수록, 실리콘 카바이드에 도핑될 확률이 높아지면서, 증착된 실리콘 카바이드의 저항이 낮아지는 것으로 생각된다. 즉 원하는 낮은 저항값을 갖는 실리콘 카바이드를 얻기 위해서는 상당한 양의 질소를 공급해야 한다는 것을 알 수 있다. 그러나, 저항을 낮추기 위해 많은 양의 질소를 무한정 공급하는 것은 경제적으로 손실이 크다. 이와 관련하여, 본 발명자는 100 sccm의 질소를 도 1에 도시한 것과 같이, 오존 발생기를 거쳐 퍼니스에 공급하여, 실리콘 카바이드의 증착을 수행하였으며, 온도에 따른 저항 변화를 역시 도 6에 나타내었다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 장치를 이용하여 실리콘 카바이드를 증착한 경우, 900 sccm의 질소를 공급하여 증착한 경우의 저항보다는 다소 높지만, 저항이 현저히 낮아졌음을 알 수 있다. 즉 본 발명의 장치를 이용하면, 질소를 이용하여 저항이 낮은 실리콘 카바이드를 증착할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 6에서 또 하나 주목할 것은 종래에 따라 증착한 실리콘 카바이드의 경우, 약 700℃ 이상의 온도에서는 저항 값이 증가한다는 것이다. 이는 실리콘 카바이드를 증착하면서 발생된 잉여 전자들의 스캐터링(scattering) 효과로 인해 온도가 높아지면서 저항이 증가하는 것으로 생각된다. 그러나, 본 발명의 장치를 이용하여 증착된 실리콘 카바이드의 경우, 대략 900℃까지 온도가 증가할수록 저항이 감소하는 것을 알 수 있는데, 이는 높은 동작 온도에서 실리콘 카바이드가 낮은 저항으로 안정적으로 이용될 수 있다는 것을 보여주며, 본 발명의 장치를 이용하여 증착한 실리콘 카바이드의 동작 범위를 넓힐 수 있다는 것을 알 수 있다. 이는 본 발명에 따라서 질소의 안정한 삼중 결합이 분해되고, 증착시 실리콘 카바이드에 도핑되어, 실리콘 카바이드의 결합이 보다 안정적으로 된 결과라 보여진다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 제한되지 않는다는 것에 유의하여야 한다. 즉 본 발명은 후술하는 특허청구범위 내에서 다양하게 변형 및 수정할 수 있으며, 이들은 모두 본 발명의 범위 내에 포함되는 것이다. 따라서 본 발명은 특허청구범위 및 그 균등물에 의해서만 제한된다.
도 1은 본 발명의 한 가지 실시예에 따른 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치의 구성이 일예를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치의 구성이 일예를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치의 구성이 일예를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치의 구성이 일예를 보여주는 도면이다.
도 5는 수소 분위기 및 질소 분위기에서 증착한 실리콘 카바이드의 온도에 따른 저항 변화를 보여주는 것으로서, 질소 분위기에서 증착한 실리콘 카바이드의 저항이 낮다는 것을 보여준다.
도 6은 질소의 공급량을 달리하면서 증착한 실리콘 카바이드의 온도에 따른 저항 변화를 보여주는 것으로서, 본 발명을 이용하는 경우 적은 질소량으로도 낮은 저항의 실리콘 카바이드를 제조할 수 있다는 것을 보여준다.
Claims (12)
- 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치로서,서스셉터 상에 장착된 기판 상에 소정의 물질을 증착하는 증착 공정을 수행하기 위한 증착 챔버와, 상기 증착 챔버로 반응 가스를 공급하기 위한 가스 공급 시스템을 포함하고,상기 가스 공급 시스템은상기 증착 챔버와 연결되고, 상기 증착 챔버 내에서서의 증착에 필요한 실리콘 및 탄소 반응물을 공급하는 반응물 소스와,상기 증착 챔버 및 반응물 소스에 연결되고, 상기 반응물을 상기 증착 챔버 내로 운반하기 위한 운반 기체를 공급하는 운반 기체 소스와,상기 증착 챔버와 연결되고, 상기 반응물 및 반응물 운반 기체의 혼합물을 미리 정해진 농도로 유지시켜 주는 질소 기체를 공급하는 질소 소스와,상기 증착 챔버에 연결되고, 내부에 구비된 고압 발생 장치에 의해 야기되는 전기적 에너지와의 충돌을 통해 상기 질소 소스로부터 공급되는 질소 기체의 결합을 분해하여, 질소 원자를 상기 증착 챔버에 제공하는 오존 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 오존 발생기는 상기 질소 소스와 증착 챔버 사이에 연결되고, 상기 고압 발생 장치에 의한 전기적 에너지와의 충돌을 통해 상기 질소 소스로부터 공급되는 질소 기체의 결합을 분해하여, 질소 원자를 상기 증착 챔버로 공급하는 것을 특징으로 하는 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 오존 발생기는 상기 질소 소스 및 상기 운반 기체 소스와 연결되고, 상기 고압 발생 장치에 의한 전기적 에너지와의 충돌 및 상기 운반 기체와의 충돌을 통해 상기 질소 소스로부터 공급되는 질소 기체의 결합을 분해하는 것을 특징으로 하는 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치.
- 청구항 3에 있어서, 상기 운반 기체는 수소 기체 또는 아르곤 기체인 것을 특징으로 하는 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치.
- 청구항 4에 있어서, 상기 운반 기체는 수소 기체이고, 상기 오존 발생기는 상기 고압 발생 장치에 의한 전기적 에너지와의 충돌 및 상기 수소 기체와의 충돌을 통해 상기 질소 소스로부터 공급되는 질소 기체의 결합을 분해하여, 상기 수소 기체와 질소 원자의 반응을 유도하여, 수소-질소 화합물(NH2 또는 NH)을 생성하고, 상기 화합물을 상기 증착 챔버로 공급하는 것을 특징으로 하는 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치.
- 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치로서,서스셉터 상에 장착된 기판 상에 소정의 물질을 증착하는 증착 공정을 수행하기 위한 증착 챔버와, 상기 증착 챔버로 반응 가스를 공급하기 위한 가스 공급 시스템을 포함하고,상기 가스 공급 시스템은상기 증착 챔버와 연결되고, 상기 증착 챔버 내에서서의 증착에 필요한 실리콘 및 탄소 반응물을 공급하는 반응물 소스와,상기 증착 챔버 및 반응물 소스에 연결되고, 상기 반응물을 상기 증착 챔버 내로 운반하기 위한 운반 기체를 공급하는 운반 기체 소스와,상기 증착 챔버와 연결되고, 상기 반응물 및 반응물 운반 기체의 혼합물을 미리 정해진 농도로 유지시켜 주는 질소 기체를 공급하는 질소 소스와,상기 증착 챔버에 연결되고, 산소 소스로부터 공급받은 산소를 이용하여 오존을 생성하고, 이 생성된 오존을 통해 상기 질소 기체의 결합을 분해하여 질소 원자를 상기 증착 챔버로 공급하거나, 내부에 구비된 고압 발생 장치에 의해 야기되는 전기적 에너지 충돌을 통해 상기 질소 소스 및 산소 소스로부터 공급되는 질소 기체와 산소 기체의 반응을 유도하여, 산소-질소 화합물(NO 또는 NO2)을 생성하고, 상기 화합물을 상기 증착 챔버로 공급하는 오존 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치.
- 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응물 소스는 반응 물의 버블링을 통해 상기 운반 기체와 혼합된 상태로 기화되어, 상기 증착 챔버 내로 공급되는 것을 특징으로 하는 질소 함유 카바이드 제조 장치.
- 청구항 7에 있어서, 상기 반응물 소스는 Si와 C의 함량비가 1:1인 액상의 메틸트리클로로실란(MTS; CH3SiCl3)인 것을 특징으로 하는 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치.
- 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증착 챔버에서의 반응 후 부산물을 중화하기 위한 배기 시스템을 더 포함하는 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치.
- 청구항 9에 있어서, 상기 배기 시스템은 상기 부산물을 중화시키기 위한 알카리 트랩을 포함하는 것을 특징으로 하는 질소 함유 실리콘 카바이드 제조 장치.
- 기판 상에 질소 함유 실리콘 카바이드를 증착하기 위한 방법으로서,증착 챔버 상에 기판을 제공하는 단계와,실리콘 및 탄소 반응물을 운반 기체화 혼합된 기체 형태로 상기 증착 챔버에 공급하는 단계와,오존 발생기 내 고압 발생 장치에 의한 전기적 에너지와 질소 소스로부터 공 급되는 질소 기체를 충돌시켜, 질소 기체의 3중 결합을 분해하여, 질소 원자 형태로 상기 증착 챔버에 공급하여, 상기 증착 챔버에서의 실리콘 카바이드 증착 중에 상기 질소 원자가 상기 실리콘 카바이드 중에 포함되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질소 함유 실리코 카바이드 증착 방법.
- 청구항 11에 있어서, 상기 운반 기체의 일부를 상기 오존 발생기에 공급하는 단계를 더 포함하고, 이 경우 상기 고압 발생 장치에 의한 전기적 에너지와의 충돌 및 상기 운반 기체와의 충돌을 통해 상기 질소 소스로부터 공급되는 질소 기체의 결합을 분해하는 것을 특징으로 하는 질소 함유 실리콘 카바이드 증착 방법.
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