KR101268033B1 - 실리콘카바이드 코팅방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘카바이드 코팅방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 그라파이트 기재를 챔버에 위치시키고 염소 가스로 세정하는 상기 그라파이트 기재 세정단계와 실리콘 리치 가스를 상기 챔버에 공급하여 상기 그라파이트 기재에 중간층을 형성하는 중간층 코팅단계 및 탄소 리치 가스를 상기 챔버에 공급하여 상기 중간층의 표면에 실리콘카바이드층을 형성하는 실리콘카바이드층 코팅단계를 포함하는 실리콘카바이드 코팅방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 그라파이트 기재를 챔버에 위치시키고 염소 가스로 세정하는 상기 그라파이트 기재 세정단계와 실리콘 리치 가스를 상기 챔버에 공급하여 상기 그라파이트 기재에 중간층을 형성하는 중간층 코팅단계 및 탄소 리치 가스를 상기 챔버에 공급하여 상기 중간층의 표면에 실리콘카바이드층을 형성하는 실리콘카바이드층 코팅단계를 포함하는 실리콘카바이드 코팅방법이 제공된다.
Description
본 발명은 실리콘카바이드 코팅방법에 관한 것이다.
서셉터(Susceptor)는 주로 그라파이트(graphite) 기재로 형성되며, 실리콘 웨이퍼등의 반도체 기판에 반도체 공정을 진행할 때 반도체 기판을 지지하는 역할을 하게 된다. 상기 서셉터는 주로 고순도의 반도체 기판과 접촉하게 되므로 반도체 기판을 오염시키지 않을 것이 요구되고 있다. 따라서, 상기 서셉터는 표면에 실리콘카바이드층을 일정한 두께로 코팅하여 사용하게 된다.
그러나, 상기 실리콘카바이드층은 기재인 그라파이트와 열팽창계수가 다르기 때문에, 반복적인 사용에 의하여 크랙(crack)이 발생하게 되거나 핀홀(pin hole)이 발생하게 된다. 상기 실리콘카바이드층에 크랙 또는 핀홀이 발생되면, 내부의 그라파이트로부터 불순물이 유출되어 반도체 기판을 오염시키는 결과를 초래하게 된다. 따라서, 상기 서셉터는 실리콘카바이드층에 크랙 또는 핀홀이 발생하게 되면 더 이상 사용할 수 없게 되어 교체되어야 하므로 공정 비용을 증가시키게 된다.
또한, 최근에 반도체 기판이 대면적의 사용이 증가되면서 서셉터는 함께 대면적으로 제조될 것이 요구되고 있다. 그러나, 상기 실리콘카바이드층은 전체적으로 균일한 특성을 갖도록 대면적으로 코팅하는 것이 어려운 실정이다.
본 발명은 전체적으로 균일한 특성을 갖는 실리콘카바이드층을 형성할 수 있는 실리콘카바이드 코팅방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 실리콘카바이드 코팅방법은 그라파이트 기재를 챔버에 위치시키고 염소 가스로 세정하는 상기 그라파이트 기재 세정단계와 실리콘 리치 가스를 상기 챔버에 공급하여 상기 그라파이트 기재에 중간층을 형성하는 중간층 코팅단계 및 탄소 리치 가스를 상기 챔버에 공급하여 상기 중간층의 표면에 실리콘카바이드층을 형성하는 실리콘카바이드층 코팅단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 중간층 코팅단계에서 상기 실리콘 리치 가스는 실리콘과 탄소의 원소비가 1.5 내지 2로 되도록 실리콘 화합물 가스와 탄소 화합물 가스를 혼합하여 형성되며, 상기 탄소 리치 가스는 실리콘과 탄소의 원소비가 0.5 내지 1이 되도록 실리콘 화합물 가스와 탄소 화합물 가스를 혼합하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 실리콘 화합물 가스는 CH3SiC13, (CH3)2SiCl2, CH3SiHCl2에서 선택되는 적어도 어느 하나 또는 SiH4, SiH3Cl, SiH2Cl2 , SiH1Cl3 및 SiCl4에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 탄소 화합물 가스는 메탄(methane), 프로판(propane), 부탄(butane), 펜탄(pentane)에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 중간층은 실리콘 리치 가스의 실리콘과 그라파이트의 반응에 의한 실리콘카바이드와, 실리콘 리치 가스의 실리콘과 탄소의 반응에 의한 실리콘카바이드를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 중간층은 상기 그라파이트 기재의 표면에 존재하는 기공의 내부에서 실리콘 리치 가스의 실리콘과 그라파이트가 반응하여 실리콘카바이드와 상기 그라파이트 기재의 표면에서 실리콘 리치 가스의 실리콘과 그라파이트가 반응하여 형성되는 실리콘카바이드를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 실리콘카바이드 코팅방법에 따르면 그라파이트 기재 위에 코팅되는 실리콘카바이드층이 전체적으로 흑연 기재와의 밀착성이 증가하고 보다 균일한 막으로 형성될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 실리콘카바이드층을 치밀하게 형성할 수 있으므로 서셉터의 사용과정에서 실리콘카바이드층에 크랙과 핀홀이 발생되는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 코팅방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 코팅방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 코팅방법의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘카바이드 코팅방법은, 도 1을 참조하면, 그라파이트 기재 세정단계(S10), 중간층 코팅단계(S20) 및 실리콘카바이드층 코팅단계(S30)를 포함하여 이루어진다. 한편, 상기 실리콘카바이드 코팅방법은 실리콘카바이드층 코팅단계(S30)후에 실리콘카바이드층의 특성을 향상시키기 위한 공정이 추가로 진행될 수 있다.
상기 실리콘카바이드 코팅방법은 중간층과 실리콘카바이드층을 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)공정에 의하여 형성하게 된다.
상기 그라파이트 기재 세정단계(S10)는 그라파이트 기재를 염소 가스로 세정하는 단계이다. 상기 그라파이트 기재는 표면에 어느 정도의 불순물 또는 미세 입자가 부착되어 있으며, 이를 제거하지 않는 경우에 그라파이트 기재와 실리콘카바이드층의 계면에 불순물이 잔존하게 되어 사용 중에 크랙 또는 핀홀의 발생을 유발하게 된다.
상기 그라파이트 기재 세정단계(S10)는 그라파이트 기재를 화학기상증착장치의 챔버 내부에 장착한 후에 챔버의 온도를 900℃이상으로 올리게 된다. 또한, 상기 그라파이트 기재 세정단계(S10)는 챔버 내부로 염소 가스와 캐리어 가스인 수소 가스를 함께 흘려 보내며, 적어도 20분 정도 진행하게 된다. 상기 그라파이트 기재 세정단계(S10)는 그라파이트 기재의 표면에 부착되어 있는 불순물 또는 미세 입자를 제거하게 된다.
상기 중간층 코팅단계(S20)는 실리콘 리치 가스를 챔버에 공급하여 그라파이트 기재에 중간층을 형성하는 단계이다. 상기 중간층은 실리콘 리치 가스의 실리콘과 그라파이트의 표면과 반응하여 형성되는 실리콘카바이드와, 실리콘 리치 가스의 실리콘과 탄소가 반응하여 형성되는 실리콘카바이드가 함께 존재하는 실리콘카바이드층이다. 상기 실리콘 리치 가스는 실리콘과 탄소의 원소비가 1.5 내지 2로 되도록 실리콘 화합물 가스와 탄소 화합물 가스를 혼합한 원료 가스이다. 상기 실리콘 화합물 가스는 CH3SiC13, (CH3)2SiCl2 및 CH3SiHCl2 에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 실리콘 화합물 가스는 SiH4, SiH3Cl, SiH2Cl2 , SiH1Cl3 및 SiCl4에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 탄소 화합물 가스는 메탄(methane), 프로판(propane), 부탄(butane), 펜탄(pentane)에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 실리콘 리치 가스는 수소 가스를 캐리어 가스로 하여 챔버의 내부에 공급된다. 상기 실리콘과 탄소의 원소비가 너무 낮게 되면 그라파이트 기공 내에서의 실리콘과 그라파이트의 반응 정도가 낮게 되어 중간층과 그라파이트 기재의 밀착력이 감소될 수 있다. 또한, 상기 실리콘과 탄소의 원자비가 너무 높게 되면, 그라파이트 기재의 표면에 실리콘과 탄소의 반응에 의한 실리콘카바이드층이 충분히 형성되지 않게 된다. 한편, 상기 중간층 코팅단계(S20)는 챔버의 온도를 1,000 내지 1,500℃의 온도로 유지하면서 진행된다. 상기 중간층은 그라파이트 기재의 표면을 기준으로 수 ㎛의 두께로 형성되며, 그라파이트 기재의 기공에 형성되는 부분을 포함하면 수 십㎛의 두께로 형성된다.
상기 중간층 코팅단계(S20)는 실리콘 리치 가스의 실리콘이 그라파이트 기재의 탄소와 반응하면서 실리콘카바이드를 형성하게 된다. 특히, 상기 실리콘 리치 가스는 실리콘 화합물 가스가 그라파이트 기재의 표면에 존재하는 기공의 내부로 들어가서 실리콘과 그라파이트의 반응에 의하여 실리콘카바이드를 형성하게 된다. 또한, 상기 실리콘 리치 가스는 그라파이트 기재의 표면에서 그라파이트와 반응하여 실리콘카바이드를 형성하게 된다. 또한, 상기 실리콘 리치 가스는 실리콘 화합물 가스와 탄소 화합물 가스가 기공의 내부로 들어가서 실리콘과 탄소의 반응에 의하여 실리콘카바이드를 형성하게 된다. 또한, 상기 실리콘 리치 가스는 실리콘 화합물 가스와 탄소 화합물 가스가 그라파이트 기재의 표면에서 실리콘카바이드를 형성하게 된다.
따라서, 상기 중간층은 실리콘과 그라파이트의 반응에 의한 실리콘카바이드와 실리콘과 탄소의 반응에 의한 실리콘카바이드가 혼재하게 된다. 또한, 상기 중간층은 그라파이트 기재의 기공 내부로부터 그라파이트 기재의 표면으로 연결되도록 전체적으로 형성된다. 특히, 상기 중간층은 그라파이트 기재의 표면에 형성되는 실리콘카바이드층이 그라파이트 기재의 기공에 형성되는 실리콘카바이드층과 동시에 형성되어 서로 연결된다. 따라서, 상기 중간층은 그라파이트 표면에 균일하고 치밀한 실리콘카바이드층으로 형성된다. 또한, 상기 중간층은 그라파이트 기재와의 밀착력이 더욱 증가하게 된다.
상기 실리콘카바이드층 코팅단계(S30)는 탄소 리치 가스를 챔버에 공급하여 중간층의 상면에 실리콘카바이드층을 형성하는 단계이다. 상기 실리콘카바이드층은 탄소 리치 가스의 실리콘과 탄소가 반응하여 형성되는 실리콘카바이드층이다. 상기 탄소 리치 가스는 실리콘과 탄소의 원소비가 0.5 내지 1이 되도록 실리콘 화합물 가스와 탄소 화합물 가스를 혼합한 원료 가스이다. 상기 실리콘 화합물 가스는 CH3SiC13, (CH3)2SiCl2, CH3SiHCl2에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또는, 상기 실리콘 화합물 가스는 SiH4, SiH3Cl, SiH2Cl2 , SiH1Cl3 및 SiCl4에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 탄소 화합물 가스는 메탄(methane), 프로판(propane), 부탄(butane), 펜탄(pentane)에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 실리콘과 탄소의 원소비가 너무 낮거나 높게 되면 그라파이트 기공 내에서의 실리콘과 탄소의 반응 정도가 낮게 되어 실리콘카바이드층의 형성이 충분하지 않게 된다. 또한, 상기 탄소 리치 가스는 수소 가스를 캐리어 가스로 하여 챔버의 내부에 공급된다. 한편, 상기 실리콘카바이드층 코팅단계(S30)는 챔버의 온도를 1,000 내지 1,500℃의 온도로 유지하면서 진행된다.
상기 실리콘카바이드층 코팅단계(S30)는 중간층이 형성된 그라파이트 기재의 표면에서 실리콘과 탄소가 반응하여 실리콘카바이드층을 형성하게 된다. 상기 실리콘카바이드층은 중간층의 실리콘카바이드와 결합하여 밀착력을 가지게 되며, 중간층의 상면에 형성되므로 보다 균일한 층으로 형성된다.
상기 실리콘카바이드층은 서셉터에서 요구되는 50 내지 100㎛으로 형성된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
Claims (8)
- 그라파이트 기재를 챔버에 위치시키고 염소 가스로 세정하는 상기 그라파이트 기재 세정단계와
실리콘 리치 가스를 상기 챔버에 공급하여 상기 그라파이트 기재에 중간층을 형성하는 중간층 코팅단계 및
탄소 리치 가스를 상기 챔버에 공급하여 상기 중간층의 표면에 실리콘카바이드층을 형성하는 실리콘카바이드층 코팅단계를 포함하며,
상기 중간층은 상기 그라파이트 기재의 표면에 존재하는 기공의 내부에서 상기 실리콘 리치 가스의 실리콘과 그라파이트가 반응하여 형성되는 실리콘카바이드와, 상기 그라파이트 기재의 표면에서 상기 실리콘 리치 가스의 실리콘과 그라파이트가 반응하여 형성되는 실리콘카바이드가 동시에 형성되어 서로 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 코팅방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 중간층 코팅단계에서 상기 실리콘 리치 가스는 실리콘과 탄소의 원소비가 1.5 내지 2로 되도록 실리콘 화합물 가스와 탄소 화합물 가스를 혼합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 코팅방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 실리콘카바이드층 코팅단계에서 상기 탄소 리치 가스는 실리콘과 탄소의 원소비가 0.5 내지 1이 되도록 실리콘 화합물 가스와 탄소 화합물 가스를 혼합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 코팅방법. - 제 2항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 실리콘 화합물 가스는 CH3SiC13, (CH3)2SiCl2 및 CH3SiHCl2에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 코팅방법. - 제 2항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 실리콘 화합물 가스는 SiH4, SiH3Cl, SiH2Cl2 , SiH1Cl3 및 SiCl4에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 코팅방법. - 제 2항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 탄소 화합물 가스는 메탄(methane), 프로판(propane), 부탄(butane), 펜탄(pentane)에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 코팅방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 중간층은 실리콘 리치 가스의 실리콘과 그라파이트의 반응에 의한 실리콘카바이드와, 실리콘 리치 가스의 실리콘과 탄소의 반응에 의한 실리콘카바이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 코팅방법. - 삭제
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