KR101248476B1 - Apparatus for depositing thin layer - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부 공간에 소스 영역과 성장 영역이 마련된 반응관과, 반응관의 외측에 마련되어 소스 영역을 가열하는 소스 영역 가열부와, 반응관의 외측에 소스 영역 가열부와 이격되어 마련되어 성장 영역을 가열하는 성장 영역 가열부와, 소스 영역으로 원료 물질을 공급하는 소스 공급부와, 소스 영역 가열부와 성장 영역 가열부 사이의 반응관을 적어도 일부 둘러싸도록 마련되어 두 영역의 열적 간섭을 줄여주는 단열 부재를 포함하는 박막 형성 장치를 제공한다.
이와 같은 본 발명은 소스 영역과 성장 영역 사이의 열적 간섭을 최소화하고, 소스 영역과 성장 영역 사이에 온도 구배를 급격하게 형성하기 위한 적어도 하나 이상의 통기구가 마련된 단열 부재를 구비한다. 따라서, 소스 영역의 온도 분포를 낮게 유지함으로써 반응 가스들이 소스 영역에서 서로 반응하지 않고 성장 영역으로 공급되게 하고, 급격한 온도 구배를 통해 성장 영역으로 공급된 반응 가스의 반응성을 높여줌으로써 성장 속도를 향상시킬 수 있다.The present invention provides a reaction region provided with a source region and a growth region in an inner space, a source region heating portion provided outside the reaction tube to heat the source region, and spaced apart from the source region heating portion outside the reaction tube. A heat insulation member for heating at least a portion of the growth region heating portion for heating, a source supply portion for supplying a raw material to the source region, and a reaction tube between the source region heating portion and the growth region heating portion to reduce thermal interference between the two regions; It provides a thin film forming apparatus comprising.
The present invention includes a heat insulating member provided with at least one vent for minimizing thermal interference between the source region and the growth region and for rapidly forming a temperature gradient between the source region and the growth region. Therefore, by keeping the temperature distribution of the source region low, the reaction gases are supplied to the growth region without reacting with each other in the source region, and the growth rate is improved by increasing the reactivity of the reaction gas supplied to the growth region through the rapid temperature gradient. Can be.

Description

박막 형성 장치{APPARATUS FOR DEPOSITING THIN LAYER}Thin Film Forming Equipment {APPARATUS FOR DEPOSITING THIN LAYER}

본 발명은 박막 형성 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소스 영역에서 형성한 반응 가스를 성장 영역으로 유동시켜 기판 상에 원하는 박막을 형성하는 박막 형성 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a thin film forming apparatus, and more particularly, to a thin film forming apparatus for forming a desired thin film on a substrate by flowing a reaction gas formed in the source region to the growth region.

Ⅲ-V족을 기반으로 하는 반도체 재료는 에너지 밴드 갭(band gap)이 커서 자외선 영역에서 청색에 이르는 넓은 파장 대역의 광을 출력할 수 있는 광소자 재료로 많은 주목을 받고 있다.Semiconductor materials based on III-V groups have attracted much attention as optical device materials capable of outputting light in a wide wavelength band ranging from ultraviolet to blue due to their large energy band gap.

상기 반도체 재료는 에피탁시(epitaxy) 형태로 성장시켜 사용하고 있으며, 대표적인 방법으로는 MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)법, MBE(Molecular Beam Epitaxy)법 및 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)법 등이 사용되고 있다.The semiconductor material is grown and used in an epitaxial form, and typical methods include metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), and hydraulic vapor phase epitaxy (HVPE). Is being used.

상기 MOCVD 또는 MBE법은 고품질의 반도체 에피탁시를 성장시키는데 매우 유리한 장점을 가지고 있으나 반도체 재료를 제조하기 위한 비용이 많이 들뿐만 아니라 반도체 재료의 성장속도가 느리다는 단점이 있다. 반면, HVPE법은 상대적으로 에피탁시 특성은 떨어지지만 저렴한 가격으로 반도체 재료를 제조할 수 있고, 반도체 재료의 성장 속도가 빨라 질화갈륨 막과 같은 Ⅲ족 원소로 구성된 막의 제조에 유리한 것으로 알려져 있다.The MOCVD or MBE method has a very advantageous advantage in growing high quality semiconductor epitaxy, but it is disadvantageous in that the manufacturing cost of the semiconductor material is high and the growth rate of the semiconductor material is slow. On the other hand, the HVPE method is known to be advantageous for the production of a film composed of a group III element such as a gallium nitride film because of its relatively low epitaxy properties, but can produce a semiconductor material at a low price.

한편, 종래의 HVPE 장비는 내부 공간에 소스 영역과 성장 영역이 마련되고, 소스 영역과 성장 영역의 외측 둘레에 각각 가열 히터가 마련되는 가열로를 구비한다. 상기 소스 영역으로 공급된 원료 물질 및 각종 가스는 가열되어 반응 가스를 형성하고, 반응 가스는 성장 영역으로 유동되어 기판 상에 원하는 박막을 형성한다. Meanwhile, the conventional HVPE equipment includes a heating furnace in which a source region and a growth region are provided in an inner space, and a heating heater is provided around the outside of the source region and the growth region, respectively. The raw material and various gases supplied to the source region are heated to form a reaction gas, and the reaction gas flows to the growth region to form a desired thin film on the substrate.

그러나, 이러한 HVPE 장비는 소스 영역과 성장 영역의 온도 구배가 명확하지 않아 여러 문제점이 발생 된다. 즉, 상대적으로 온도가 높게 유지되는 성장 영역에서 소스 영역으로 열이 전달되기 때문에 소스 영역의 후단은 원래 온도보다 높게 유지된다. 이로 인해, 소스 영역의 후단(또는 소스 영역과 성장 영역의 연결 영역)에서 일부 반응 가스들이 서로 반응하여 이곳에 다결정을 생성함으로써 성장 영역에서 막 성장율이 낮아지는 문제점이 있었다. 또한, 이러한 다결정은 반복되는 성막 공정 중에 파티클(particle) 또는 이물질로 작용하여 성장 영역에서 막 결정성이 저하되는 원인이 된다.
However, such HVPE equipment has various problems because the temperature gradient between the source region and the growth region is not clear. That is, since heat is transferred from the growth region where the temperature is kept relatively high to the source region, the rear end of the source region is kept higher than the original temperature. As a result, some of the reaction gases react with each other at the rear end of the source region (or the connection region between the source region and the growth region) to generate polycrystals, thereby lowering the film growth rate in the growth region. In addition, such polycrystals act as particles or foreign matters in the repeated film forming process, causing a decrease in film crystallinity in the growth region.

본 발명은 반응관 내의 원치않는 영역에서 반응 가스들이 결정화되는 것을 최소화함으로써, 성장 영역에서 막 성장율이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 한 박막 형성 장치를 제공한다.The present invention provides a thin film forming apparatus capable of minimizing the crystallization of reactant gases in an unwanted region in a reaction tube, thereby preventing the film growth rate from decreasing in the growing region.

또한, 본 발명은 반응관 내의 원치 않는 영역에서 반응 가스들이 결정화되는 것을 방지함으로써 반응관 내의 잠재적인 파티클 또는 이물질 요소를 최소화하여 막 결정성을 더욱 향상시킬 수 있도록 한 박막 형성 장치를 제공한다.
In addition, the present invention provides a thin film forming apparatus that can further improve film crystallinity by minimizing potential particles or foreign matter elements in the reaction tube by preventing the reaction gases from crystallizing in unwanted regions in the reaction tube.

본 발명의 일측 측면에 따른 박막 형성 장치는, 내부 공간에 소스 영역과 성장 영역이 마련된 반응관; 상기 반응관의 외측에 마련되어 상기 소스 영역을 가열하는 소스 영역 가열부; 상기 반응관의 외측에 상기 소스 영역 가열부와 이격되어 마련되어 상기 성장 영역을 가열하는 성장 영역 가열부; 상기 소스 영역으로 원료 물질을 공급하는 소스 공급부; 및 상기 소스 영역 가열부와 상기 성장 영역 가열부 사이의 상기 반응관을 적어도 일부 둘러싸도록 마련되어 두 영역의 열적 간섭을 줄여주는 단열 부재를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a thin film forming apparatus comprising: a reaction tube including a source region and a growth region in an inner space; A source region heating unit provided outside the reaction tube to heat the source region; A growth region heater disposed outside the reaction tube and spaced apart from the source region heater to heat the growth region; A source supply unit supplying a raw material to the source region; And an insulation member provided to at least partially surround the reaction tube between the source region heating portion and the growth region heating portion to reduce thermal interference between the two regions.

상기 단열 부재는 원형 고리 형상의 몸체에 관통되어 형성된 적어도 하나의 통기구를 포함할 수 있다. 또는, 상기 단열 부재는 몸체가 분리되어 형성된 적어도 하나의 통기구를 포함할 수 있다. 또는, 상기 단열 부재는 원형 고리 형상의 몸체에 관통되어 형성된 통기구 및 몸체가 분리되어 형성된 통기구 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The heat insulating member may include at least one vent formed through the circular annular body. Alternatively, the heat insulating member may include at least one vent formed by separating the body. Alternatively, the heat insulating member may include at least one of a vent formed through the circular annular body and a vent formed by separating the body.

상기 단열 부재는 상기 소스 영역 가열부 전단 및 상기 성장 영역 가열부 후단 중 적어도 어느 한곳에 배치된 추가 단열 부재를 더 포함할 수 있다.The heat insulating member may further include an additional heat insulating member disposed at least one of the front end of the source region heating unit and the rear end of the growth region heating unit.

상기 추가 단열 부재는 원형 고리 형상의 몸체에 관통되어 형성된 적어도 하나의 통기구를 포함할 수 있다. 또는, 상기 추가 단열 부재는 몸체가 분리되어 형성된 적어도 하나의 통기구를 포함할 수 있다. 또는, 상기 추가 단열 부재는 몸체가 관통되어 형성된 통기구 및 몸체가 분리되어 형성된 통기구 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The additional insulation member may include at least one vent formed through the circular annular body. Alternatively, the additional insulating member may include at least one vent formed by separating the body. Alternatively, the additional insulating member may include at least one of the vent formed by passing the body and the vent formed by separating the body.

상기 소스 영역 가열부는 상기 소스 영역을 세분하여 가열하는 복수의 히터를 구비할 수 있다.The source region heating unit may include a plurality of heaters that subdivide and heat the source region.

상기 성장 영역 가열부는 상기 성장 영역을 세분하여 가열하는 복수의 히터를 구비할 수 있다. 이때, 상기 복수의 히터는 각기 독립적으로 제어되는 것이 바람직하다.
The growth region heating unit may include a plurality of heaters that subdivide and heat the growth region. In this case, the plurality of heaters are preferably controlled independently.

본 발명의 실시예에 따르면 소스 영역과 성장 영역 사이의 열적 간섭을 최소화하고, 소스 영역과 성장 영역 사이에 온도 구배를 급격하게 형성하기 위한 단열 부재를 구비한다. 따라서, 소스 영역의 온도 분포를 낮게 유지함으로써 반응 가스들이 소스 영역에서 서로 반응하지 않고 성장 영역으로 공급되게 하고, 급격한 온도 구배를 통해 성장 영역으로 공급된 반응 가스의 반응성을 높여줌으로써 성장 속도를 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a thermal insulation member for minimizing thermal interference between the source region and the growth region and rapidly forming a temperature gradient between the source region and the growth region is provided. Therefore, by keeping the temperature distribution of the source region low, the reaction gases are supplied to the growth region without reacting with each other in the source region, and the growth rate is improved by increasing the reactivity of the reaction gas supplied to the growth region through the rapid temperature gradient. Can be.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 소스 영역 전단과 성장 영역 후단에도 단열 부재를 배치하여 온도 균일성을 유지함으로써, 반응 가스들이 원하는 성장 영역의 메인 영역에 놓인 기판 상에서 주로 반응하게 됨으로써, 막 성장율을 더욱 높일 수 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, by maintaining the temperature uniformity by arranging the heat insulating member at the front end of the source region and the rear end of the growth region, the reaction gases react mainly on the substrate placed in the main region of the desired growth region, thereby increasing the film growth rate. It can be increased further.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 반응관 내의 원치 않는 영역에서 반응 가스들이 결정화되는 것을 방지함으로써 반응관 내의 잠재적인 파티클 또는 이물질 요소를 최소화하여 제조되는 막 결정성 및 막 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.
In addition, according to an embodiment of the present invention, by preventing the reaction gases from crystallizing in the unwanted region in the reaction tube, it is possible to further improve the film crystallinity and the film quality produced by minimizing the potential particles or foreign matter elements in the reaction tube. .

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박막 형성 장치를 나타낸 정면도.
도 2는 도 1의 박막 형성 장치를 수직으로 절취하여 나타낸 횡 단면도.
도 3은 도 1의 박막 형성 장치에서 반응관을 제거하여 나타낸 횡 단면도.
도 4는 도 1의 박막 형성 장치의 반응관 외측에 마련된 단열 부재의 사시도.
도 5 내지 도 7은 도 4의 단열 부재를 다양하게 변형하여 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명의 실험예와 비교예에 따른 박막 형성 장치의 소스 영역과 성장 영역의 온도 구배를 나타낸 그래프.1 is a front view showing a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a horizontal cross-sectional view of the thin film forming apparatus of FIG. 1 taken vertically. FIG.
3 is a cross-sectional view showing the reaction tube removed in the thin film forming apparatus of FIG.
4 is a perspective view of a heat insulating member provided outside the reaction tube of the thin film forming apparatus of FIG. 1.
5 to 7 are perspective views showing various modifications of the heat insulating member of FIG.
8 is a graph showing the temperature gradient of the source region and the growth region of the thin film forming apparatus according to the experimental and comparative examples of the present invention.

이후, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 더욱 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know. Like reference numerals refer to like elements throughout.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박막 형성 장치를 개략적으로 나타낸 정면도이고, 도 2는 도 1의 박막 형성 장치를 수직으로 절취하여 나타낸 횡 단면도이며, 도 3은 도 1의 박막 형성 장치에서 반응관을 제거하여 나타낸 횡 단면도이다.1 is a front view schematically showing a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the thin film forming apparatus of FIG. 1 vertically cut, and FIG. 3 is a reaction in the thin film forming apparatus of FIG. The transverse cross-sectional view showing the tube removed.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 박막 형성 장치는, 내부 공간에 소스 영역(Source Zone)(A)과 성장 영역(Growth Zone)(B)이 마련된 반응관(100)과, 상기 반응관(100)의 외측 둘레에 마련되어 상기 소스 영역(A)을 가열하는 소스 영역 가열부(210)와, 상기 반응관(100)의 외측 둘레에 마련되어 상기 성장 영역(B)을 가열하는 성장 영역 가열부(220)와, 상기 소스 영역(A)으로 원료 물질을 공급하는 소스 공급부(400)와, 상기 소스 영역 가열부(210)와 상기 성장 영역 가열부(220) 사이에 배치되어, 두 영역의 열적 간섭을 줄여주는 적어도 하나 이상의 통기구(311)가 마련된 단열 부재(310)를 포함한다.1 to 3, a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention includes a reaction tube 100 having a source zone A and a growth zone B provided in an internal space. And a source region heating part 210 provided at an outer circumference of the reaction tube 100 to heat the source region A, and a heating of the growth region B provided at an outer circumference of the reaction tube 100. A growth region heating unit 220, a source supply unit 400 supplying a raw material to the source region A, and between the source region heating unit 210 and the growth region heating unit 220. And a heat insulating member 310 provided with at least one vent 311 to reduce thermal interference of the two regions.

반응관(100)은 내부가 비어있는 튜브 형태(Tube Type)로 제작되어, 일측 공간에는 원료 물질이 공급되는 소스 영역(A)이 마련되고, 상기 소스 영역(A)과 연결되는 타측 공간에는 기판(G) 상에 막이 성장되는 성장 영역(B)이 마련된다.The reaction tube 100 is manufactured in a tube type having an empty interior, and has a source region A in which a raw material is supplied in one space, and a substrate in the other space connected to the source region A. On (G), a growth region B in which a film is grown is provided.

상기 반응관(100)의 외측에는 소스 영역(A)을 가열하기 소스 영역 가열부(210)와, 성장 영역(B)을 가열하기 위한 성장 영역 가열부(220)가 소정거리 이격되어 배치된다. 이때, 소스 영역 가열부(210) 및 성장 영역 가열부(220)는 코어 히터(Core Heater), 또는 판상 히터(Plate Heater) 형태로 형성되어, 상기 반응관(100)의 외측 둘레 전체, 또는 적어도 일부를 둘러싸도록 설치된다. 예를 들어, 상기 반응관(100) 외측 둘레에 코어 히터를 스프링 형태로 권취하거나, 또는 반응관(100) 외측 둘레를 따라 코어 히터를 S자 형태로 배열시킬 수 있다. 또한, 소스 영역 가열부(210) 및 성장 영역 가열부(220)는 소스 영역(A) 및 성장 영역(B)을 세분하여 가열할 수 있도록 복수로 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예의 소스 영역 가열부(210) 및 성장 영역 가열부(220)는 3개의 세부 영역으로 분할된 소스 영역(A) 및 성장 영역(B)을 분리 가열하기 위한 제 1, 제 2, 제 3 히터(211/212/213, 221/222/223)를 각기 구비한다. 이를 통해, 세부 영역별로 온도 분포 및 가열 조건을 더욱 세밀하게 제어할 수 있고, 또한 독립적으로 제어할 수 있다.Outside the reaction tube 100, a source region heating unit 210 for heating the source region A and a growth region heating unit 220 for heating the growth region B are spaced apart from each other by a predetermined distance. In this case, the source region heating unit 210 and the growth region heating unit 220 may be formed in the form of a core heater or a plate heater so that the entire outer circumference of the reaction tube 100 or at least It is installed to surround a part. For example, the core heater may be wound in a spring form around the outer circumference of the reaction tube 100, or the core heater may be arranged in an S shape along the outer circumference of the reaction tube 100. In addition, the source region heating unit 210 and the growth region heating unit 220 may be configured in plural so as to subdivide and heat the source region A and the growth region B. FIG. For example, the source region heating unit 210 and the growth region heating unit 220 of the present embodiment may include first and second sources for separately heating the source region A and the growth region B, which are divided into three subregions. 2, 3rd heaters 211/212/213 and 221/222/223 are provided, respectively. Through this, it is possible to more precisely control the temperature distribution and heating conditions for each subregion, and also independently control.

상기 소스 영역(A)에는 외부로부터 증착 원료를 공급하는 소스 공급부(400)가 배치된다. 상기 소스 공급부(400)는 기판(G) 상에 성장시키고자 하는 막의 종류에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예는 Ⅲ-V족의 p형 반도체 막을 형성할 수 있도록 구성되며, 이를 위해 상기 소스 공급부(400)는 저압 상태 또는 진공 상태로 유지되는 반응관(100)의 일측으로 이송 가스(carrier gas) 예를 들어, N2, H2, Ar 등의 불활성 가스를 공급하는 제 1 가스 공급관(410)과, NH3 등의 V족 원소를 포함하는 원료 가스를 공급하는 제 2 가스 공급관(420)을 구비하고, 상기 제 1 가스 공급관(410)의 중간에 원료 물질, 예를 들어 Ga 등의 Ⅲ족 원소와 Mg 등의 p형 도펀트를 담기 위한 도가니(430)가 설치된다.In the source region A, a source supply unit 400 for supplying deposition material from the outside is disposed. The source supply unit 400 may be selected in various ways according to the type of the film to be grown on the substrate (G). For example, this embodiment is configured to form a III-V p-type semiconductor film, for this purpose, the source supply unit 400 is transferred to one side of the reaction tube 100 is maintained in a low pressure or vacuum state gas (carrier gas), for example, N 2, H 2, the first gas supply pipe 410 and the second gas for supplying a source gas containing a Group V element such as a NH 3 supplying an inert gas such as Ar A crucible 430 is provided in the middle of the first gas supply pipe 410 to contain a raw material, for example, a group III element such as Ga and a p-type dopant such as Mg.

상기 성장 영역(B)에는 기판(G)이 안착될 수 있는 기판 지지대(500)가 설치되고, 일측에는 반응관(100)의 내부 배기를 수행하는 배기부(600)가 연결된다. 이때, 기판(G)으로는 사파이어 기판, 실리콘 카바이드 기판, 질화 알류미늄 기판, 산화 아연 기판 등 반도체 막 증착이 가능한 모든 기판이 사용될 수 있다.In the growth region B, a substrate support 500 on which the substrate G is mounted is installed, and an exhaust part 600 for exhausting the inside of the reaction tube 100 is connected to one side thereof. At this time, the substrate G may be any substrate capable of depositing a semiconductor film, such as a sapphire substrate, a silicon carbide substrate, an aluminum nitride substrate, and a zinc oxide substrate.

도 4는 도 1의 박막 형성 장치의 반응관 외측에 마련된 단열 부재의 사시도이고, 도 5 내지 도 7은 도 4의 단열 부재를 다양하게 변형하여 나타낸 사시도이다.4 is a perspective view of a heat insulating member provided outside the reaction tube of the thin film forming apparatus of FIG. 1, and FIGS. 5 to 7 are perspective views showing various modifications of the heat insulating member of FIG. 4.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 단열 부재(310)는 소스 영역 가열부(210)와 성장 영역 가열부(220) 사이의 빈 공간을 채우도록 형성된다. 즉, 단열 부재(310)는 소스 영역 가열부(210)와 성장 영역 가열부(220) 사이에서 반응관(100)의 외측 둘레 전체 또는 적어도 일부를 감싸도록 형성된다. 이러한 단열 부재(310)는 상대적으로 온도가 높은 성장 영역 가열부(220)에서 발생된 열이 상대적으로 온도가 낮은 소스 영역 가열부(210)로 전달되는 것을 최소화시켜 준다. 이로 인해, 소스 영역과 성장 영역 사이의 열적 간섭이 현저히 줄어들어 소스 영역의 온도 분포는 낮게 유지되면서도 소스 영역과 성장 영역 사이에서는 온도 구배가 급격하게 일어난다. 따라서, 소스 영역(A)의 온도 분포를 낮게 유지함으로써 반응 가스들이 소스 영역(A)에서 서로 반응하지 않고 성장 영역(B)으로 공급되게 하고, 급격한 온도 구배를 통해 성장 영역(B)으로 공급된 반응 가스의 반응성을 높여줌으로써 성장 속도를 향상시킬 수 있다. 그리고, 소스 영역(A)의 후단(또는 소스 영역(A)과 성장 영역(B)의 연결 영역)에서 일부 반응 가스들이 서로 반응하여 이곳에 다결정을 생성함으로써 성장 영역(B)에서 막 성장율이 낮아지는 문제점 및 이러한 다결정이 반복되는 성막 공정 중에 잠재적인 파티클 또는 이물질 요소로 작용하여 제조되는 막 결정성 및 막 품질을 저하시키는 문제점을 동시에 해결할 수 있다.1 to 4, the heat insulating member 310 is formed to fill an empty space between the source region heating unit 210 and the growth region heating unit 220. That is, the heat insulating member 310 is formed to surround the whole or at least a part of the outer circumference of the reaction tube 100 between the source region heating unit 210 and the growth region heating unit 220. The heat insulating member 310 minimizes the heat generated from the growth region heating unit 220 having a relatively high temperature to be transferred to the source region heating unit 210 having a relatively low temperature. As a result, thermal interference between the source region and the growth region is significantly reduced, so that a temperature gradient rapidly occurs between the source region and the growth region while maintaining a low temperature distribution of the source region. Therefore, by keeping the temperature distribution of the source region A low, the reactant gases are supplied to the growth region B without reacting with each other in the source region A, and supplied to the growth region B through a steep temperature gradient. The growth rate may be improved by increasing the reactivity of the reaction gas. In addition, some of the reactant gases react with each other at the rear end of the source region A (or the connection region between the source region A and the growth region B) to form polycrystals therein, thereby lowering the film growth rate in the growth region B. It can simultaneously solve the problem of deterioration and the problem of degrading the film crystallinity and the film quality produced by acting as a potential particle or foreign material element during the repeated film formation process.

또한, 상기 단열 부재(310)에는 적어도 하나 이상의 통기구가 마련되며, 상기 통기구(311)는 단열 부재(310)를 감싸는 반응관 하우징(700)을 관통하여 외측으로 연장될 수 있다. 이때, 도 4와 같이 단열 부재(310)의 몸체를 관통시켜 통기구(311)를 형성할 수 있고, 도 5 및 도 6과 같이 단열 부재(310)의 몸체를 분리시켜 통기구(312)를 형성할 수 있다. 또한, 도 7과 같이 단열 부재(310)의 몸체를 관통시켜 형성한 통기구(311) 및 단열 부재(310)의 몸체를 분리시켜 형성한 통기구(312)를 모두 구비할 수도 있다.In addition, the heat insulating member 310 may be provided with at least one vent, and the vent 311 may extend through the reaction tube housing 700 surrounding the heat insulating member 310. In this case, the vent 311 may be formed by penetrating the body of the heat insulating member 310 as shown in FIG. 4, and the vent hole 312 may be formed by separating the body of the heat insulating member 310 as shown in FIGS. 5 and 6. Can be. In addition, as shown in FIG. 7, both the air vent 311 formed by penetrating the body of the heat insulating member 310 and the air vent 312 formed by separating the body of the heat insulating member 310 may be provided.

이러한 통기구(311) 내부로 대기 중의 공기가 유통 및 순환되어 소스 영역 가열부(210) 또는 성장 영역 가열부(220)로부터 전달된 열이 대기중으로 쉽게 발산될 수 있으므로, 소스 영역(A)과 성장 영역(B) 상호 간의 온도 간섭이 줄어들어 두 영역 사이에서 온도 구배가 급격하게 일어남을 알 수 있다. 따라서, 성장 영역(B)에서의 막 성장율 및 막 결정성을 더욱 향상시킬 수 있다.Since air in the atmosphere is circulated and circulated inside the vent 311, heat transferred from the source region heating unit 210 or the growth region heating unit 220 can be easily dissipated into the atmosphere. It can be seen that the temperature gradient between the two regions abruptly occurs because the temperature interference between the regions B is reduced. Therefore, the film growth rate and film crystallinity in the growth region B can be further improved.

또한, 소스 영역(A) 전단과 성장 영역(B)의 후단에 대응하는 반응관(100)의 외측 둘레에도 추가 단열 부재(320,330)가 형성되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 외부 공간과 인접하여 열 손실이 우려되는 소스 영역(A) 전단 및 성장 영역(B) 후단 영역에서도 목표 온도를 용이하게 유지할 수 있다. 이로 인해, 반응관(100) 내의 원치 않는 공간에서 반응 가스들이 반응하여 막이 형성되는 것을 방지함으로써, 기판(G)이 배치된 성장 영역(B)에서의 메인 영역(B2)에서 주로 막이 성장될 수 있다.In addition, it is preferable that additional insulation members 320 and 330 are formed around the outer periphery of the reaction tube 100 corresponding to the front end of the source region A and the rear end of the growth region B. For this reason, the target temperature can be easily maintained even in the front region of the source region A and the rear region of the growth region B, which are adjacent to the outer space and are concerned about heat loss. As a result, the film may be mainly grown in the main region B2 in the growth region B in which the substrate G is disposed by preventing the reaction gases from forming in the unwanted space in the reaction tube 100. have.

한편, 전술한 소스 영역 가열부(210), 성장 영역 가열부(220) 및 단열 부재(310)의 외측을 감싸 보호하도록 반응관 하우징(700)이 마련된다. 본 실시예에서는 상기 반응관 하우징(700)을 상하 분리형(700a,700b)으로 제작하여 결합시키고, 결합 영역에서 열 손실로 인한 온도 불균일이 발생하지 않도록 결합 부위에 단열 패드(710)를 설치하였다. 또한, 상기 단열 패드(710)는 동작 과정에서 반응관 하우징(100)이 열팽창에 의해 파손되는 것을 방지한다.Meanwhile, the reaction tube housing 700 is provided to surround and protect the outside of the source region heating unit 210, the growth region heating unit 220, and the heat insulating member 310. In this embodiment, the reaction tube housing 700 is manufactured by combining the upper and lower separation types 700a and 700b, and the thermal insulation pad 710 is installed at the coupling portion so that temperature nonuniformity due to heat loss does not occur in the coupling region. In addition, the insulation pad 710 prevents the reaction tube housing 100 from being damaged by thermal expansion during the operation.

이와 같은 구성을 갖는 박막 형성 장치를 통한 박막 증착 과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.Brief description of the thin film deposition process through the thin film forming apparatus having such a configuration is as follows.

먼저, 기판 지지대(500) 상에 기판(G)을 배치한 후 도가니(430)에 Ⅲ족 원소와 p형 도펀트를 충진한다. 이때, 상기 Ⅲ족 원소로는 Ga 이외에 In 또는 Al 등이 며, 또는 다수의 Ⅲ족 원소를 동시에 사용할 수 있고, p형 도펀트로는 Mg 이외에 Zn, Cd, Be 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 이어, 소스 영역 가열부(210) 및 성장 영역 가열부(220)를 동작시켜 GaN 막이 에피택셜 성장할 수 있도록 기판(G) 온도를 높여준다. 이후, 제 1 가스 공급관(410)을 통해 이송 가스 예를 들어, N2, H2, Ar 등의 불활성 가스를 주입함으로써 도가니(430) 속의 Ⅲ족 원소와 p형 도펀트를 혼합시켜 기판(G) 상부로 유동시킨다. 또한, 제 2 가스 공급관(420)을 통해 V족 원소를 포함하는 원료 가스 예를 들어, NH3, N2H4를 공급한다. 상기 과정에서 제 1 가스 공급관(410)을 통해 기판(G) 상부로 유동된 Ⅲ족 원소와 p형 도펀트들은 제 2 가스 공급관(420)을 통해 주입된 V족 원소와 반응하여 기판(G) 상에 Ⅲ-V족의 반도체 막을 형성한다.First, after placing the substrate G on the substrate support 500, the crucible 430 is filled with a group III element and a p-type dopant. In this case, in addition to Ga, In or Al may be used as the group III element, or a plurality of group III elements may be used simultaneously. Subsequently, the source region heating unit 210 and the growth region heating unit 220 are operated to increase the substrate G temperature so that the GaN film may be epitaxially grown. Subsequently, an inert gas such as N 2 , H 2 , Ar, or the like may be injected through the first gas supply pipe 410 to mix the group III element and the p-type dopant in the crucible 430 to form the substrate G. Flow to the top. In addition, a source gas containing a group V element, for example, NH 3 , N 2 H 4 , is supplied through the second gas supply pipe 420. In the above process, the group III element and the p-type dopant flowing through the first gas supply pipe 410 to the upper portion of the substrate G react with the group V element injected through the second gas supply pipe 420 on the substrate G. A III-V semiconductor film is formed on the substrate.

도 8은 본 발명의 실험예와 비교예에 따른 박막 형성 장치의 소스 영역과 성장 영역의 온도 구배를 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing temperature gradients of a source region and a growth region of a thin film forming apparatus according to an experimental example and a comparative example of the present invention.

도 2 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 비교예에 따른 종래의 박막 형성 장치는 소스 영역(A)과 성장 영역(B) 사이에서 온도 그래프가 비교적 완만한 경사를 이루는 반면에(L1 선), 본 발명의 실험예에 따른 개선된 박막 형성 장치는 소스 영역(A)과 성장 영역(B) 사이에서 온도 그래프가 급격한 경사를 이루어 두 영역 사이에서 온도 구배가 급격하게 일어남을 알 수 있다(L2 선). 따라서, 본 발명에 따른 박막 형성 장치는 소스 영역(A)과 성장 영역(B)의 중간 온도 구배 특성을 갖는 구간의 폭이 그만큼 줄어들게 된다.2 and 8, in the conventional thin film forming apparatus according to the comparative example of the present invention, the temperature graph has a relatively gentle slope between the source region A and the growth region B (line L1). In the improved thin film forming apparatus according to the experimental example of the present invention, it can be seen that the temperature gradient sharply occurs between the source region A and the growth region B so that a temperature gradient rapidly occurs between the two regions (L2). line). Therefore, in the thin film forming apparatus according to the present invention, the width of the section having the intermediate temperature gradient characteristic between the source region A and the growth region B is reduced by that much.

또한, 본 발명의 비교예에 따른 종래의 박막 형성 장치는 소스 영역(A) 전단 및 성장 영역(B) 후단 영역에서 급격한 온도 감소를 보이는 반면에(L1 선), 본 발명의 실험예에 따른 개선된 박막 형성 장치는 소스 영역(A) 전단 및 성장 영역(B) 후단 영역에서도 온도가 완만하게 감소되어 안정되게 유지됨을 확인할 수 있다(L2 선). 따라서, 본 발명에 따른 박막 형성 장치는 소스 영역(A)에서 형성된 반응 가스들이 원하는 성장 영역(B)의 메인 영역(B2)에서 주로 반응하게 됨으로써, 막 성장율 및 막 결정성이 동시에 향상될 수 있다.
In addition, the conventional thin film forming apparatus according to the comparative example of the present invention shows a sharp temperature decrease in the front region of the source region (A) and the rear region of the growth region (B), while the improvement according to the experimental example of the present invention. In the thin film forming apparatus, it is confirmed that the temperature is gradually reduced in the front region of the source region A and the rear region of the growth region B to be kept stable (line L2). Accordingly, in the thin film forming apparatus according to the present invention, the reaction gases formed in the source region A mainly react in the main region B2 of the desired growth region B, thereby improving film growth rate and film crystallinity at the same time. .

이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
As mentioned above, although this invention was demonstrated with reference to the above-mentioned Example and an accompanying drawing, this invention is not limited to this, It is limited by the following claims. Therefore, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be variously modified and modified without departing from the technical spirit of the following claims.

100: 반응관 210: 소스 영역 가열부
220: 성장 영역 가열부 310,320,330: 단열 부재
311,312: 통기구 400: 소스 공급부
500: 기판 지지대 600: 배기부
700: 반응관 하우징 A: 소스 영역
B: 성장 영역 G: 기판100: reaction tube 210: source region heating unit
220: growth region heating unit 310,320,330: heat insulating member
311,312: vent 400: source supply
500: substrate support 600: exhaust
700: reaction tube housing A: source region
B: growth region G: substrate

Claims (11)

내부 공간에 소스 영역과 성장 영역이 마련된 반응관;
상기 반응관의 외측을 둘러싸도록 마련되어 상기 소스 영역을 가열하는 소스 영역 가열부;
상기 반응관의 외측을 둘러싸도록 상기 소스 영역 가열부와 이격되어 마련되어 상기 성장 영역을 가열하는 성장 영역 가열부;
상기 소스 영역으로 원료 물질을 공급하는 소스 공급부; 및
상기 소스 영역 가열부와 상기 성장 영역 가열부 사이의 상기 반응관을 둘러싸도록 마련되어 두 영역의 열적 간섭을 줄여주는 단열 부재를 포함하고,
상기 단열 부재는 원형 고리 형상의 몸체에 관통되어 형성된 적어도 하나의 통기구 및 몸체가 분리되어 형성된 적어도 하나의 통기구 중 적어도 하나를 포함하는 박막 형성 장치.A reaction tube provided with a source region and a growth region in the inner space;
A source region heater configured to surround the outside of the reaction tube to heat the source region;
A growth region heating unit spaced apart from the source region heating unit so as to surround the outside of the reaction tube to heat the growth region;
A source supply unit supplying a raw material to the source region; And
A heat insulating member which surrounds the reaction tube between the source region heating portion and the growth region heating portion to reduce thermal interference between the two regions;
The insulating member includes at least one vent formed through the circular annular body and at least one of the at least one vent formed by separating the body. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 단열 부재는 상기 소스 영역 가열부 전단 및 상기 성장 영역 가열부 후단 중 적어도 어느 한곳에 배치된 추가 단열 부재를 더 포함하는 박막 형성 장치.The method according to claim 1,
And the heat insulating member further comprises an additional heat insulating member disposed at least one of the front end of the source region heating part and the rear end of the growth region heating part. 청구항 5에 있어서,
상기 추가 단열 부재는 원형 고리 형상의 몸체에 관통되어 형성된 적어도 하나의 통기구를 포함하는 박막 형성 장치.The method according to claim 5,
And the additional insulation member comprises at least one vent formed through the circular annular body. 청구항 5에 있어서,
상기 추가 단열 부재는 몸체가 분리되어 형성된 적어도 하나의 통기구를 포함하는 박막 형성 장치.The method according to claim 5,
The additional insulating member includes a thin film forming apparatus including at least one vent formed by separating the body. 청구항 5에 있어서,
상기 추가 단열 부재는 몸체가 관통되어 형성된 통기구 및 몸체가 분리되어 형성된 통기구 중 적어도 하나를 포함하는 박막 형성 장치.The method according to claim 5,
The additional insulation member includes at least one of the vent formed by passing through the body and the vent formed by separating the body. 청구항 1에 있어서,
상기 소스 영역 가열부는 상기 소스 영역을 세분하여 가열하는 복수의 히터를 구비하는 박막 형성 장치.The method according to claim 1,
And the source region heating unit includes a plurality of heaters that subdivide and heat the source region. 청구항 1에 있어서,
상기 성장 영역 가열부는 상기 성장 영역을 세분하여 가열하는 복수의 히터를 구비하는 박막 형성 장치.The method according to claim 1,
And the growth region heating unit includes a plurality of heaters that subdivide and heat the growth region. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
상기 복수의 히터는 각기 독립적으로 제어되는 박막 형성 장치.The method according to claim 9 or 10,
And the plurality of heaters are each independently controlled.
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