KR20030067045A - Vaporizer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 MOCVD에서 사용되는 기화기에 관한 것으로서, 특히, 기화된 소스의 재응축을 방지하고 소스의 균일하게 이동시킬 수 있는 기화기에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to vaporizers used in MOCVD, and in particular, to vaporizers that can prevent recondensation of vaporized sources and move them evenly.
반도체 소자의 제조공정에 있어서, 다양한 종류의 고품질의 막을 형성시키기 위해 금속-유기물 원료(Metal-Organic Source)를 이용하는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)방법이 많이 개발되고 있다. 기존의 CVD공정은 박막 증착 방법에 따라서 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 또는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)로 그 종류가 구분되었던 것에 반해 MOCVD는 사용하는 원료의 형태에 따른 분류이다. 기존의 CVD 공정에 사용하는 원료는 모두 기체 상태였으나, MOCVD방법에서 요구되는 새로운 재료로서 Ta2O5, BST[(Ba+Sr)TiO3], Ru …등과 같이 기체상태로 존재하지 않고 고체 혹은 액체 상태로 존재하는 물질들이 사용되기 때문이다.BACKGROUND OF THE INVENTION In the manufacturing process of semiconductor devices, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) methods using metal-organic sources have been developed to form various kinds of high quality films. The conventional CVD process is classified into low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) or plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) according to the thin film deposition method, whereas MOCVD is classified according to the type of raw materials used. The raw materials used in the existing CVD process were all gaseous, but the new materials required in the MOCVD method were Ta 2 O 5 , BST [(Ba + Sr) TiO 3 ], Ru. This is because materials such as solids or liquids, which do not exist in the gaseous state, are used.
여기서, 일반적으로 고체상태의 원료는 그대로를 MOCVD방법에 사용하기는 여러 가지로 어려운 점이 많아, 각 원료에 적합한 용매를 사용하여 액체 상태로 변화시켜 사용하는 경우가 대부분이다. 이와 같이, MOCVD방법은, 기존의 CVD방법들과는 달리, 액체 상태의 원료를 기체화시킬 수 있는 장치 LDS(액체이송장치)를 도입하여 기체 상태로 기화시킨 후에, 생성된 유기 금속 화합물 증기를 증착하고자 하는 기판이 있는 곳까지 운반하여 고온에서 접촉시킴으로써 기판 상에 원하는 박막을 증착시키는 공정이다.Here, generally, the raw materials in the solid state have many difficulties in being used in the MOCVD method as they are, and most of them are used in a liquid state by using a solvent suitable for each raw material. As described above, the MOCVD method, unlike conventional CVD methods, introduces a device LDS (liquid transfer device) capable of gasifying a liquid raw material and vaporizes the generated organometallic compound vapor after vaporizing it into a gaseous state. It is a process of depositing a desired thin film on a board | substrate by carrying it to the board | substrate where it will contact, and contacting at high temperature.
MOCVD를 구현하는데 있어서 여러 가지의 기술적인 문제점이 있는데, 그 중 가장 큰 문제로 대두되고 있는 것이 액상의 유기 금속 소스를 기상(氣相)으로 전환시키는 기화기를 적절하게 구비하는 것이다.There are a number of technical problems in implementing MOCVD, and one of the biggest problems is the proper provision of a vaporizer for converting a liquid organometallic source into a gas phase.
이하에서, 유기 금속 소스 용액을 기화시키기 위한 종래의 기화기를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.Hereinafter, a conventional vaporizer for vaporizing the organometallic source solution will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 종래의 MOCVD에서 이용되는 기화기의 구성을 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing the configuration of a vaporizer used in a conventional MOCVD.
도 1을 참조하면, 액상 유기금속 소스는 저장조(미도시)에 저장되며, 주공급관(미도시)은 상기 저장조에 연결된다. 액상 유기금속 소스를 공급하는 액상 소스 공급관(10)은 상기 주공급관에 연결되며, 액상 유기 소스는 주공급관 및 액상 소스 공급관(10)을 순차적으로 거쳐서 기체 흐름관(20)으로 공급된다. 이때, 기체 흐름관(20)의 둘레에는 기체 흐름관(20)을 가열하여 주입되는 액상 소스를 기화시키기 위해 열을 제공하는 제 1블록히터(block heater)(61)가 설치된다.Referring to FIG. 1, the liquid organometallic source is stored in a reservoir (not shown), and a main supply pipe (not shown) is connected to the reservoir. The liquid source supply pipe 10 for supplying a liquid organometallic source is connected to the main supply pipe, and the liquid organic source is sequentially supplied to the gas flow pipe 20 through the main supply pipe and the liquid source supply pipe 10. In this case, a first block heater 61 is provided around the gas flow tube 20 to provide heat to vaporize the liquid source injected by heating the gas flow tube 20.
기체 흐름관(20)은 내경이 액상 소스 공급관(10) 보다 더 큰 내경을 가진다. 이때, 액상 소스 공급관(10)과 기체 흐름관(20)은 내경이 서로 다르기 때문에, 이들을 직접 연결시킬 수 없어서 액상 소스 공급관(10)과 기체 흐름관(20)을 연결시키기 위한 매개체로 분배판(30)이 설치된다.The gas flow pipe 20 has an inner diameter whose inner diameter is larger than that of the liquid source supply pipe 10. At this time, since the inner diameter of the liquid source supply pipe 10 and the gas flow pipe 20 are different from each other, it is not possible to directly connect them, so that the distribution plate as a medium for connecting the liquid source supply pipe 10 and the gas flow pipe 20 ( 30) is installed.
도 2는 종래의 기화기에 설치된 분배판을 나타내기 위한 개략도이다.2 is a schematic view for showing a distribution plate installed in a conventional vaporizer.
여기서, 도 2의 (a)는 종래의 기화기에 설치된 분배판의 평면도이고, 도 2의 (b)는 종래의 기화기에 설치된 분배판의 사시도이다.Here, FIG. 2A is a plan view of a distribution plate installed in a conventional vaporizer, and FIG. 2B is a perspective view of a distribution plate installed in a conventional vaporizer.
도 2를 참조하면, 분배판(30)은 중앙에는 액상 소스 공급관의 내경과 동일한 직경을 가지는 분사구(31)가 뚫려 있으며, 외경을 기체 흐름관의 직경 크기로 하며, 분사구(31)와 액상 소스 공급관이 마주 보게 연결시킨다.Referring to FIG. 2, the distribution plate 30 has an injection hole 31 having the same diameter as that of the inner diameter of the liquid source supply pipe, and the outer diameter is the diameter of the gas flow pipe, and the injection hole 31 and the liquid source. Connect the supply lines facing each other.
다시, 도 1을 참조하면, 액상 소스 공급관(10)에는 캐리어 가스를 공급하기 위한 캐리어 가스 공급관(40)이 연결되는 데, 액상 소스 공급관(10) 및 캐리어 가스 공급관(40)의 각각의 주입구에는 밸브(11, 41)들이 각각 설치되어 액상 소스 주입 및 캐리어 가스 주입을 조절하게 된다. 여기서, 캐리어 가스는 외부에 설치된 나선 히터(spiral heater)(50)에서 가열된 상태에서 밸브(41)를 통하여 액상 소스 공급관(10) 내로 주입되어 액상 소스와 만나게 된다. 이렇게, 가열된 캐리어 가스가 밸브(41)를 통과하는 동안 온도가 저하되어 기체 흐름관에서 가열된 소스와 만나면, 소스 보다 낮은 온도 상태의 캐리어 가스가 소스를 재응축시켜 파우더를 발생하기 때문에 분배판(30)의 분사구를 막는 클로깅(clogging) 현상이 발생할 수 있어서, 다시 밸브(41)를 가열하기 위해서 캐리어 가스 공급관(40)이 연결된 액상 소스 공급관(10) 영역 및 캐리어 가스 공급관(40)의 주입 밸브(41)까지 둘러싸 가열할 수 있는 제 2블록 히터(62)를 마련하고 있다.Again, referring to FIG. 1, a carrier gas supply pipe 40 for supplying a carrier gas is connected to the liquid source supply pipe 10, and each inlet of the liquid source supply pipe 10 and the carrier gas supply pipe 40 is connected to the liquid source supply pipe 10. Valves 11 and 41 are installed respectively to regulate liquid phase injection and carrier gas injection. Here, the carrier gas is injected into the liquid source supply pipe 10 through the valve 41 while being heated by a spiral heater 50 installed outside to meet the liquid source. In this way, when the heated carrier gas drops in temperature while passing through the valve 41 and meets the heated source in the gas flow tube, the carrier gas at a lower temperature than the source recondenses the source to generate powder. Clogging phenomenon may occur that blocks the injection port 30, so that the carrier gas supply pipe 40 is connected to the area of the liquid source supply pipe 10 and the carrier gas supply pipe 40 to heat the valve 41 again. The 2nd block heater 62 which can enclose and heat up to the injection valve 41 is provided.
이와 같이, 종래의 기화기에서는 외부에서 캐리어 가스를 가열하여 밸브의 조절로 액상 소스와 캐리어 가스가 만나는 방법이기 때문에, 기체 흐름관 내에서 낮은 온도의 캐리어 가스가 기화된 소스를 재응축시키는 현상을 방지하기 위해서는 외부의 열원으로 나선 히터가 필요하게 되는 것이다.As described above, the conventional vaporizer is a method in which a liquid source and a carrier gas meet by controlling the valve by heating the carrier gas from the outside, thereby preventing the low temperature carrier gas from recondensing the vaporized source in the gas flow pipe. In order to do this, a spiral heater is required as an external heat source.
또한, 밸브를 통과하는 영역에서 온도가 저하되는 캐리어 가스의 온도를 유지하기 위해서는 열을 공급하기 위한 제 2블록 히터를 제조해야하는 데, 밸브 주변까지 감싸는 복잡한 형상 때문에 제조가 어려우며 비용도 많이 든다는 단점을 가지고 있다.In addition, in order to maintain the temperature of the carrier gas in which the temperature decreases in the region passing through the valve, it is necessary to manufacture a second block heater for supplying heat, which is difficult and expensive due to the complicated shape surrounding the valve. Have.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 종래의 기화기의 구조를보다 간략화하고 캐리어 가스가 기화된 소스를 보다 원활하게 이동시킬 수 있는 기화기를 제공하는 데 있다.Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a vaporizer that can simplify the structure of a conventional vaporizer and to smoothly move the source in which the carrier gas is vaporized.
도 1은 종래의 MOCVD에서 이용되는 기화기의 구성을 나타내는 개략도;1 is a schematic diagram showing the configuration of a vaporizer used in a conventional MOCVD;
도 2는 종래의 기화기에 설치된 분배판을 나타내기 위한 개략도;2 is a schematic view showing a distribution plate installed in a conventional vaporizer;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기화기를 설명하기 위한 개략도; 및3 is a schematic diagram illustrating a vaporizer according to an embodiment of the present invention; And
도 4는 본 발명에 따른 기화기에 설치된 분배판을 나타내기 위한 개략도이다.4 is a schematic view for showing a distribution plate installed in the vaporizer according to the present invention.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기화기는: 자신에 공급되는 액상 소스를 기화시켜서 캐리어 가스로 운반하는 기체 흐름관을 가지는 기화기에 있어서,In the vaporizer according to the present invention for achieving the above technical problem: in a vaporizer having a gas flow tube for vaporizing a liquid source supplied to it to convey as a carrier gas,
상기 기체 흐름관의 내경보다 작은 내경을 가지고 액상 소스를 공급하는 액상 소스 공급관과; 상기 기체 흐름관 내로 주입되는 상기 캐리어 가스의 온도를 높이는 캐리어 가스 승온수단과; 상기 캐리어 가스 승온수단에 연결되어 상기 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급관과; 상기 액상 소스 공급관의 내경보다 작은 직경을 가지는 소스 분사구가 중앙에 뚫려 있으며, 상기 소스 분사구를 중심으로 상기 소스 분사구 보다 작은 직경을 가지는 복수 개의 캐리어 가스 분사구가 뚫려 있고, 자신의 외경은 상기 기체 흐름관의 외경보다 크지 않는 분배판과; 상기 캐리어 가스 승온수단 및 상기 기체흐름관에 열을 공급하는 가열수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.A liquid source supply pipe for supplying a liquid source with an inner diameter smaller than that of the gas flow pipe; Carrier gas heating means for raising the temperature of the carrier gas injected into the gas flow tube; A carrier gas supply pipe connected to the carrier gas heating means to supply the carrier gas; A source injection hole having a diameter smaller than the inner diameter of the liquid source supply pipe is drilled in the center, and a plurality of carrier gas injection holes having a diameter smaller than the source injection hole are drilled around the source injection hole, and its outer diameter is the gas flow pipe. A distribution plate not larger than the outer diameter of the; And heating means for supplying heat to the carrier gas temperature raising means and the gas flow pipe.
나아가, 상기 분배판의 상기 캐리어 가스 분사구는 4개∼64개인 것이 좋다.Further, the carrier gas injection port of the distribution plate is preferably four to 64.
더 나아가, 상기 분배판 내에 상기 캐리어 가스 분사구를 통과하는 캐리어 가스 통로가 형성되되, 상기 캐리어 가스 통로는 상기 소스 분사구를 향하여 기울어져 있으며 상기 분배판과의 기울기가 5˚∼90˚이다.Further, a carrier gas passage is formed in the distribution plate through the carrier gas injection port, wherein the carrier gas passage is inclined toward the source injection port, and the inclination with the distribution plate is 5 ° to 90 °.
이때, 상기 캐리어 가스 승온수단은, 메탈 필터, 다공성 메탈 스폰지 또는 세라믹볼인 것이 좋다.At this time, the carrier gas heating means is preferably a metal filter, porous metal sponge or ceramic ball.
또한, 상기 가열수단은 열선을 포함하여 형성된 블록히터이다.In addition, the heating means is a block heater formed including a heating wire.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기화기를 설명하기 위한 개략도이다.3 is a schematic view for explaining a vaporizer according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 MOCVD에 사용되는 기화기는 액상 소스 공급관(100), 기체 흐름관(200), 액상 소스 공급관(100)과 기체 흐름관(200)을 잇는 분배판(300), 캐리어 가스 공급관(400), 캐리어 가스 승온수단(500), 및 가열 수단(600)으로 이루어진다.Referring to Figure 3, the vaporizer used in the MOCVD according to the present invention, the liquid source supply pipe 100, the gas flow pipe 200, the liquid source supply pipe 100 and the distribution plate 300 connecting the gas flow pipe 200 , The carrier gas supply pipe 400, the carrier gas temperature raising means 500, and the heating means 600.
액상 소스 공급관(100)은 액체 상태의 소스를 주공급관(미도시)으로부터 주입받아 이동시킨다. 이때, 대체로 상용되는 1/16∼1/4inch line을 사용하고, 이에 한정하는 것은 아니어서 기화기의 본체의 크기에 따라서 여러 가지를 이용할 수 있다.The liquid source supply pipe 100 receives and moves a liquid source from a main supply pipe (not shown). In this case, a commonly used 1/16 to 1/4 inch line is used, and the present invention is not limited thereto, and various types may be used depending on the size of the main body of the vaporizer.
기체 흐름관(200)은 액상 소스 공급관(100) 보다 더 큰 내경를 갖는 데, 이는 확관 효과에 의해 기화 효율을 보다 높이기 위한 것이다. 그리고, 액상 소스 및 캐리어 가스를 주입 받아서, 액체 상태의 소스에 열을 공급하여 기체 상태로 상변이시켜 캐리어 가스와 함께 이동시킨다.The gas flow pipe 200 has a larger inner diameter than the liquid source supply pipe 100 to increase the vaporization efficiency by the expansion effect. Then, the liquid source and the carrier gas are injected, and heat is supplied to the source in the liquid state to phase change to a gas state to move with the carrier gas.
도 4는 본 발명에 따른 기화기에 설치된 분배판을 나타내기 위한 개략도이다.4 is a schematic view for showing a distribution plate installed in the vaporizer according to the present invention.
여기서, 도 4의 (a)는 본 발명의 기화기에 설치된 분배판의 평면도이고, 도 4의 (b)는 종래의 기화기에 설치된 분배판의 사시도이다.4A is a plan view of a distribution plate installed in the vaporizer of the present invention, and FIG. 4B is a perspective view of a distribution plate installed in a conventional vaporizer.
분배판(300)은 외경이 기체 흐름관(200)의 내경보다 크지 않은 크기로 이루어져 기체 흐름관(200)과 액상 소스 공급관(100)을 연결하며, 중앙에 소스 분사구(301)가 뚫려 있어서 기체 흐름관 내로 액상 소스를 분사시키며, 소스 분사구(301)를 중심으로 캐리어 가스 분사구(302)가 복수 개 뚫려 있어서 기체 흐름관 내로 캐리어 가스를 분사시킨다. 여기서, 소스 분사구(301)는 직경이 액상 소스 공급관의 내경보다 크지 않아서 액상 소스가 소스 분사구(301)를 통과하여 기체 흐름관에 분사될 때, 보다 넓게 퍼지게 하여 효율적으로 기화시킬 수 있게 되어 있으며, 소스 분사구(301)가 뚫어진 분배판(300) 내의 통로는 액상 소스의 흐름방향과 같은 수직 방향이다. 캐리어 가스 분사구(302)는 직경이 소스 분사구(301)보다 작게 이루어져서 소스 분사구(301)를 중심으로 복수 개가 배열되어 액상 소스의 흐름 방향으로 캐리어 가스가 균일하게 주입되어 이동하도록 이루어진다. 그리고, 캐리어 가스 분사구를 뚫는 분배판(300) 내의 캐리어 가스 통로는 분배판에 대하여 5˚∼90˚의 기울기를 가져서 액상 소스의 흐름방향에 대한 캐리어 가스 흐름방향을 균일하게 하는 것이 가능하다.The distribution plate 300 has an outer diameter that is not larger than the inner diameter of the gas flow pipe 200 to connect the gas flow pipe 200 and the liquid source supply pipe 100, and the source injection hole 301 is drilled at the center thereof. The liquid source is injected into the flow pipe, and a plurality of carrier gas injection holes 302 are formed around the source injection hole 301 to inject the carrier gas into the gas flow pipe. Here, the source injection port 301 is not larger than the inner diameter of the liquid source supply pipe so that when the liquid source is injected into the gas flow pipe through the source injection port 301, it can be spread more widely and evaporated efficiently, The passage in the distribution plate 300 through which the source injection hole 301 is drilled is perpendicular to the flow direction of the liquid source. The carrier gas injection hole 302 is made smaller in diameter than the source injection hole 301 so that a plurality of carrier gas injection holes 301 are arranged around the source injection hole 301 to uniformly inject and move the carrier gas in the flow direction of the liquid source. In addition, the carrier gas passage in the distribution plate 300 that penetrates the carrier gas injection port has an inclination of 5 ° to 90 ° with respect to the distribution plate, so that the carrier gas flow direction with respect to the flow direction of the liquid source can be made uniform.
다시, 도 3을 참조하면, 캐리어 가스 승온수단(500)은 기체 흐름관의 밑단, 즉 분배판(300)과 액상 소스 공급관(100)을 연결하는 주변 영역에 설치하고, 공급되는 캐리어 가스의 온도를 높이게 된다.Again, referring to FIG. 3, the carrier gas temperature raising means 500 is installed at the bottom of the gas flow tube, that is, in the peripheral region connecting the distribution plate 300 and the liquid source supply pipe 100, and the temperature of the carrier gas to be supplied. Will increase.
본 실시예와 같이, 캐리어 가스 승온수단이 분배판이 끼워진 기체 흐름관의 밑단 주변 영역에서 이루어지는 것만을 한정하는 것은 아니어서, 캐리어 가스 승온수단이 분배판을 감싸는 형상으로 이루어져서 기체 흐름관 밑단에 캐리어 가스 승온수단과 분배판을 일체로 끼워 넣는 형상으로 이루어져도 좋다. 이때, 분배판은 가장자리에 캐리어 가스 승온수단이 둘러 싸여지므로 기체흐름관의 내경보다는 작은 직경을 가지게 된다.As in the present embodiment, the carrier gas temperature raising means is not limited only to the area around the bottom of the gas flow tube in which the distribution plate is inserted, and the carrier gas temperature raising means is shaped to surround the distribution plate, so that the carrier gas is formed at the bottom of the gas flow tube. The temperature raising means and the distribution plate may be integrally fitted. At this time, the distribution plate has a smaller diameter than the inner diameter of the gas flow tube because the carrier gas temperature rising means is surrounded on the edge.
이때, 캐리어 가스의 온도 상승은, 예를 들면, 메탈, 메탈 필터, 다공성 메탈 스폰지 또는 세라믹 볼과 같은 캐리어 가스 승온수단을 마련하며, 이러한 캐리어 가스 승온수단을 통과하면서 캐리어 가스의 체류시간을 증가시킴으로써 충분한 열을 공급받아 이루어지게 되는 것이다.At this time, the temperature rise of the carrier gas, for example, by providing a carrier gas heating means such as a metal, a metal filter, a porous metal sponge or a ceramic ball, by increasing the residence time of the carrier gas while passing through the carrier gas heating means It is done by receiving enough heat.
또한, 캐리어 가스 공급관(400)은 캐리어 가스 승온수단(500)에 캐리어 가스를 공급하고, 본 발명에 따른 기화기 전체를 둘러싸 열을 공급할 수 있도록 열선을 포함하는 하나의 블록히터(600)를 마련한다.In addition, the carrier gas supply pipe 400 supplies a carrier gas to the carrier gas temperature raising means 500 and provides one block heater 600 including a heating wire to supply heat to the entire vaporizer according to the present invention. .
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 기화기에 의하면, 액상 소스 공급관과 기체 흐름관을 연결하는 분배판의 구조를 변화시키고, 캐리어 가스 승온수단을 마련함으로써, 다수의 히터로 복잡한 구조를 이루었던 기화기를 간단하게 제조하여 반도체 산업발전에 이바지 할 수 있다.As described above, according to the vaporizer according to the present invention, by changing the structure of the distribution plate connecting the liquid source supply pipe and the gas flow pipe, and by providing a carrier gas temperature raising means, the carburetor having a complicated structure with a plurality of heaters is simple It can be manufactured to make a good contribution to the development of the semiconductor industry.
또한, 캐리어 가스 승온수단에서 낮은 온도의 캐리어 가스에 열을 가한 후기화된 소스와 만나게 함으로써 클로깅과 같은 종래 문제를 해결하는 효과가 있고,분사판을 이용하여 캐리어 가스가 보다 원활하게 소스를 이동시키는 것이 가능하여 공정의 효율성을 높이는 효과가 있다.In addition, it is effective to solve the conventional problems such as clogging by encountering a lated source that heats the carrier gas of low temperature in the carrier gas heating means, the carrier gas moves the source more smoothly using the injection plate It is possible to increase the efficiency of the process.
본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.
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