KR20120042628A - 질화 알루미늄 막의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화학 기상 증착법에 의해 내열충격성이 높고 치밀질인 질화알루미늄 막을 형성하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스 및 질소 원자(N)를 함유하는 가스를 산소 원자(O)를 함유하는 가스와 혼합하는 단계 및 상기 혼합물을 질화알루미늄 막으로 피복되는 부재에 공급하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 반도체 제조 공정에서 사용되는 부재 위에 내열충격성이 높고 치밀질인 질화알루미늄 막을 형성하는 방법에 관한 것이다.
반도체 제조를 위한 건조 공정에서, 에칭 및 세정용 가스로서 불소 함유 가스, 염소 함유 가스 등과 같이 반응성이 높은 할로겐 부식성 가스가 종종 이용되므로, 이러한 고반응성 가스와 접촉하는 부재는 높은 내식성이 요구된다.
피처리 부재 이외에 고부식성 가스와 접촉하는 부재로서, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 산질화알루미늄 등의 소결체가 할로겐 부식성 가스에 대한 내식성이 높아 바람직하다고 판명되었다.
또한, 최근에는, 금속, 카본 등의 저렴한 부재에 산화알루미늄, 질화알루미늄 또는 산질화알루미늄의 박막을 용사법, 스퍼터링법 또는 화학 기상 증착법 등에 의해 형성하기 위한 박막 형성 기술이 발전되었다.
한편, 산화알루미늄 및 산질화알루미늄은 질화알루미늄보다 불소 함유 가스에 대하여 내식성이 높은 것이 알려져 있고, 일본 특허 3024712호(특허 문헌 1)에는 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(AlxOy) 및 산질화알루미늄(AlxNyOz)을 함유하는 Al-O-N계 복합 재료와 이의 제조를 위한 합성 방법이 개시되어 있다.
그러나, 질화알루미늄에 비하여 열팽창율이 높은 산화알루미늄 또는 산질화알루미늄으로 형성된 박막은 내열충격성이 낮고 균열이 발생하고 깨지기 쉽다. 일본 특허 출원 공개 2007-16272호(특허 문헌 2)는 열분해 질화붕소(pBN), 열분해 흑연(PG) 및/또는 카본을 도핑한 질화붕소로 제조된 기판 상에 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(AlxOy), 산질화알루미늄(AlxNyOz) 또는 이의 조합으로 제조된 보호막을 형성하고 이렇게 형성된 박막에 압축 응력을 작용시킴으로써 박막의 치수 안정성 및 기계적 강도를 보장하고 박막에 형성되는 균열의 수를 감소시킬 수 있다고 개시한다. 그러나, 박막에 작용하는 응력이 압축 응력인가 또는 인장 응력인가는 박막 형성에 사용되는 물질의 열팽창율에 의해 달라지므로, 특허 문헌 2의 교시는 일정한 열팽창율을 갖는 물질에만 적용될 수 있다.
세퍼레이터, 클램프 링, 히터 등과 같이 반도체 제조 공정에서 이용되는 부재는 최근 φ 300 mm (12 인치)를 초과하는 크기로 대형화되었고, 대형화에 따라 부재에 인가되는 열응력이 커지기 때문에 불소 함유 가스에 대해 질화알루미늄보다 높은 내식성을 나타내면서 내열충격성은 낮은 산화알루미늄 또는 산질화알루미늄의 소결체를 이들 부재 형성 재료로서 사용하는 것이 곤란하다.
또한, 종래의 질화알루미늄 막으로, 피처리 부재 이외의 반도체 제조 공정에 사용되는 부재의 표면을 피복하는 경우에도, 웨이퍼의 대형화에 따라 부재도 대형화되므로 막 제조 장치의 챔버 공간도 대형화될 필요가 있다. 그 때문에, 질화알루미늄 막을 형성하기 위한 원료 가스가 피처리 부재에 도달하기 전에 반응하여 질화알루미늄 입자를 형성한다. 그 결과, 종래의 박막 형성 조건에서는 피처리 부재의 표면에 형성되는 질화알루미늄 막이 분말상의 막이 되어 치밀질 질화알루미늄 막을 형성할 수 없다.
발명의 개요
따라서, 화학 기상 증착법에 의해 내열충격성이 높고 치밀질인 질화알루미늄 막을 형성하는 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 연구를 거듭한 결과, 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스 및 질소 원자(N)를 함유하는 가스와 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 혼합하고, 질화알루미늄 막으로 피복할 부재에 상기 혼합물을 공급함으로써 내열충격성이 높고 치밀질인 질화알루미늄 막을 형성할 수 있음을 발견하였다.
본 발명은 이러한 발견에 기초하며, 상기 목적 및 다른 목적은 질화알루미늄 막 제조 장치에, 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스를 공급하고, 질소 원자(N)를 함유하는 가스를 공급하고, 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 공급함으로써 달성될 수 있다.
질화알루미늄 막 제조 장치에, 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스, 질소 원자(N)를 함유하는 가스 및 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 공급함으로써 왜 치밀질 질화알루미늄 막이 형성될 수 있는지는 명백하지 않으나, 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스 및 질소 원자(N)를 함유하는 가스를 산소 원자(O)를 함유하는 가스와 혼합함으로써 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스와 질소 원자(N)를 함유하는 가스의 반응이 억제되고 질화알루미늄의 생성이 지연된다고 결론내는 것이 타당하다.
본 발명에서, 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스 및 질소 원자(N)를 함유하는 가스를 상이한 유로를 통해 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 산소 원자(O)를 함유하는 가스는 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스의 유로 또는 질소 원자(N)를 함유하는 가스의 유로와 상이한 유로를 통해 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급될 수 있으며, 질소 원자(N)를 함유하는 가스의 유로에 공급되어 질소 원자(N)를 함유하는 가스와 혼합됨으로써 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급되거나 또는 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스의 유로에 공급되어 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스와 혼합됨으로써 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급될 수 있다.
본 발명에서, 산소 원자(O)에 대한 알루미늄 원자(Al)의 몰비(Al/O)가 1 이상 100 이하가 되도록(1 ≤ Al/O ≤ 100), 더 바람직하게는 산소 원자(O)에 대한 알루미늄 원자(Al)의 몰비(Al/O)가 5 이상 30 이하가 되도록(5 ≤ Al/O ≤ 30), 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스 및 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스, 질소 원자(N)를 함유하는 가스 및 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급하기 위한 가스 공급관이 2중 구조 또는 3중 구조를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 산소 원자(O)를 함유하는 가스는 O2 가스, H2O 가스, NOx 가스 및 COx 가스로 이루어지는 군에서 선택된다.
본 발명에서, 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스는 트리메틸알루미늄 가스(TMA) 및 염화알루미늄 가스로 이루어지는 군에서 선택된다.
본 발명에서, 질화알루미늄 막 제조 장치 내에 제공되고 산소 원자(O)를 함유하는 가스와 접촉하는 부재가 카본으로 제조되는 경우, 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급하기 전에, 열분해 질화붕소(pBN), 열분해 흑연(PG), 붕소 함유 열분해 흑연(B-PG), 질화알루미늄(AlN) 및 탄화규소(SiC)로 이루어지는 군에서 선택되는 화합물을 함유하나 산소 원자를 함유하지 않는 가스를 상기 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급하고, 카본으로 제조된 부재의 표면을 임의의 산소 원자를 함유하지 않는 가스 내에 함유된 열분해 질화붕소(pBN), 열분해 흑연(PG), 붕소 함유 열분해 흑연(B-PG), 질화알루미늄(AlN) 및 탄화규소(SiC)로 이루어지는 군에서 선택되는 화합물로 피복하는 것이 바람직하다.
본 발명의 상기 목적과 다른 목적 및 특징은 첨부 도면을 참조하여 이루어지는 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.
바람직한 실시양태의 설명
도 1은 본 발명의 바람직한 실시양태인 질화알루미늄 막 제조 방법을 실시하기 위하여 이용되는 장치를 도시한 개략적인 종단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시양태인 질화알루미늄 막 제조 장치는 종형 구조이며, 카본제의 외통(1), 카본제의 내통(2), 외통(1)과 내통(2) 사이에 배치된 카본제의 히터(3), 질화알루미늄으로 피복되는 피처리 부재가 놓이는 카본제의 스테이지(4), 상기 부재의 표면에 형성된 질화알루미늄의 막 두께 분포가 균일해지도록 스테이지(4)를 회전시키는 회전 기구(5) 및 원료 가스를 내통(2) 내에 공급하는 가스 공급관(6)을 포함한다.
도 2는 도 1에 도시된 질화알루미늄 막 제조 방법을 실시하기 위하여 이용되는 장치에 제공된 가스 공급관을 상측에서 보아 도시한 개략적인 정면도이고, 도 3은 상기 가스 공급관을 도시한 개략적인 종단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 가스 공급관(6)은 2중 구조를 가지며 외관(6a) 및 내관(6b)을 포함한다.
이 바람직한 실시양태에서, 질화알루미늄 막 제조 장치 내부의 온도는 예컨대 100℃로 제어되고, 암모니아 가스 등과 같이 질소 원자(N)를 함유하는 고온의 가스를 O2 가스, H2O 가스, NOx 가스, COx 가스 등과 같이 산소 원자(O)를 함유하는 고온의 가스와 혼합하여 제조되는 가스는 가스 공급관(6)의 외관(6a)을 통해 질화알루미늄 막 제조 장치의 내통(2)으로 공급되며, 한편 트리메틸알루미늄 가스(TMA) 또는 염화알루미늄 가스와 같이 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 고온의 가스는 가스 공급관(6)의 내관(6b)을 통해 질화알루미늄 막 제조 장치의 내통(2)으로 공급된다.
이와 같이, 가스 공급관(6)을 통해 고온의 가스가 공급되기 때문에, 가스 공급관(6)의 외관(6a) 및 내관(6b)은 열분해 질화붕소(pBN), 탄화규소(SiC), 산화규소(SiO2), 고융점 금속 등과 같은 내열성이 높은 재료로 제조된다.
도 1 내지 도 3에 도시된 질화알루미늄 막 제조 장치에서, 외통(1), 내통(2), 히터(3) 및 스테이지(4)는 저렴한 카본으로 제조되므로, 산소 원자(O)를 함유하는 고온의 가스가 내통(2)으로 공급되는 경우, 가스 내에 함유된 산소 원자(O)는 탄소제 외통(1), 탄소제 내통(2), 탄소제 히터(3) 및 탄소제 스테이지(4)와 반응하여 소모된다. 따라서, 산소 원자(O)를 함유하는 고온의 가스는 질화알루미늄 막 제조 장치로 공급될 수 없다.
따라서, 이 바람직한 실시양태에서는, 질화알루미늄 막을 형성하기 전에, 산소 원자를 함유하지 않는 가스를 내통(2)에 공급하여 상기 가스 내에 함유된 성분으로 탄소제 외통(1)의 표면, 탄소제 내통(2)의 표면, 탄소제 히터(3)의 표면 및 탄소제 스테이지(4)의 표면을 피복한 후 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 내통(2)에 공급한다.
이렇게 구성된 질화알루미늄 막 제조 장치를 이용하여 질화알루미늄 막으로 피처리 부재의 표면을 피복하는 경우, 열분해 질화붕소(pBN), 열분해 흑연(PG), 붕소 함유 열분해 흑연(B-PG), 질화알루미늄(AlN) 및 탄화규소(SiC) 등을 함유하고 산소 원자를 함유하지 않는 가스를 내통(2)에 공급하고 외통(1)의 표면, 내통(2)의 표면, 히터(3)의 표면 및 스테이지(4)의 표면을 상기 산소를 함유하지 않는 가스 내에 함유된 열분해 질화붕소(pBN) 등과 같은 화합물로 피복한다.
이어서, 질화알루미늄 막으로 피복되는 피처리 부재를 스테이지(4) 위에 놓는다.
이렇게, 외통(1)의 표면, 내통(2)의 표면, 히터(3)의 표면 및 스테이지(4)의 표면을 산소 원자(O)를 함유하지 않는 가스 내에 함유된 열분해 질화붕소(pBN) 등과 같은 화합물로 피복한 경우, 질화알루미늄 막으로 피복되는 피처리 부재가 놓이는 스테이지(4)를 회전 기구(5)로 회전시키고, 암모니아 가스 등과 같이 질소 원자(N)를 함유하는 가스 및 산소 가스 등과 같이 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 혼합함으로써 제조되는 혼합 가스는 가스 공급관(6)의 외관(6a)을 통해 질화알루미늄 막 제조 장치의 내통(2)으로 공급하고, 다른 한편으로 트리메틸알루미늄 가스(TMA), 염화알루미늄 가스 등과 같이 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스는 가스 공급관(6)의 내관(6b)을 통해 질화알루미늄 막 제조 장치의 내통(2)으로 공급한다.
그 결과, 암모니아 가스 등과 같이 질소 원자(N)를 함유하는 가스, O2 가스, H2O 가스, NOx 가스, COx 가스 등과 같이 산소 원자(O)를 함유하는 가스 및 트리메틸알루미늄 가스(TMA), 염화알루미늄 가스 등과 같이 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스가 서로 혼합된 다음, 상기 혼합된 가스가 피처리 부재의 표면에 도달하므로, 질소 원자(N), 산소 원자(O) 및 알루미늄 원자(Al)의 조성비가 일정하게 제어될 수 있다. 따라서, 피처리 부재의 표면 상에 소정 조성비의 질소 원자(N), 산소 원자(O) 및 알루미늄 원자(Al)를 갖는 질화알루미늄 막을 형성할 수 있다.
여기서, 가스 공급관(6)의 외관(6a)을 통해 질화알루미늄 막 제조 장치의 내통(2)에 공급되는 산소 원자(O)를 함유하는 가스 내에 함유된 산소 원자(O)에 대한, 가스 공급관(6)의 내관(6b)을 통해 질화알루미늄 막 제조 장치의 내통(2)으로 공급되는 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스 내에 함유된 알루미늄 원자(Al)의 몰비(Al/O)는 바람직하게는 1 이상 100 이하로 설정된다. 즉, 상기 몰비는 바람직하게는 1 ≤ Al/O ≤ 100로 설정된다. 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급되는 알루미늄 원자(Al)와 산소 원자(O)의 몰비(Al/O)가 1 미만일 경우, 질소 원자(N)를 함유하는 가스 및 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스에 더하여 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 공급하는 영향이 지나치게 강해지므로, 피처리 부재의 표면에 형성되는 질화알루미늄 막 내에 산화알루미늄 결정상 또는 산질화알루미늄 결정상이 생성되고 질화알루미늄 막의 내열충격성이 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 다른 한편, 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급되는 알루미늄 원자(Al)와 산소 원자(O)의 몰비(Al/O)가 100을 초과하는 경우, 질소 원자(N)를 함유하는 가스 및 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스에 더하여 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 공급하는 영향이 지나치게 약해지므로, 피처리 부재의 표면에 형성되는 질화알루미늄 막이 분말상의 막이 되기 때문에 바람직하지 않다. 알루미늄 원자(Al)와 산소 원자(O)의 몰비(Al/O)가 5 이상 30 이하인 경우, 즉, 몰비가 바람직하게 (5 ≤ Al/O ≤ 30)이도록 설정되는 경우, 치밀질 질화알루미늄 막을 형성할 수 있어 더 바람직하다.
이상과 같이, 본 발명의 이 바람직한 실시양태에서, 질화알루미늄 막 제조 장치가 암모니아 가스 등과 같이 질소 원자(N)를 함유하는 가스는 가스 공급관(6)의 외관(6a)을 통해 내통(2)으로 공급되고 트리메틸알루미늄 가스(TMA), 염화알루미늄 가스 등과 같이 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스는 가스 공급관(6)의 내관(6b)을 통해 내통(2)으로 공급되도록 구성되므로, 질소 원자(N)를 함유하는 가스 및 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스가 질화알루미늄 막 제조 장치의 스테이지(4) 상에 놓인 피처리 부재에 도달하기 전에 질소와 알루미늄이 반응하여 질화알루미늄 입자를 형성하여 피처리 부재의 표면에 형성되는 질화알루미늄 막이 분말상 막이 되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 이 바람직한 실시양태에 따르면, 암모니아 가스 등과 같이 질소 원자(N)를 함유하는 가스 및 산소 가스와 같은 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 혼합함으로써 제조되는 혼합 가스는 가스 공급관(6)의 외관(6a)을 통해 질화알루미늄 막 제조 장치의 내통(2)으로 공급되며, 한편 트리메틸알루미늄 가스(TMA), 염화알루미늄 가스 등과 같이 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스는 가스 공급관(6)의 내관(6b)을 통해 내통(2)으로 공급된다. 따라서, 내열충격성이 높고 치밀질인 질화알루미늄 막을 형성하는 것이 가능하다.
도 4는 본 발명의 다른 바람직한 실시양태인 질화알루미늄 막 제조 장치에 제공되는 가스 공급관(6)을 도시한 개략적인 정면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 가스 공급관(6)을 도시한 개략적인 종단면도이다. 이 바람직한 실시양태에 따른 질화알루미늄 막 제조 장치는 도 1 내지 도 3에 도시된 질화알루미늄 막 제조 장치와 가스 공급관(6)의 구조에서만 상이하다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 이 바람직한 실시양태에 따른 질화알루미늄 막 제조 장치에 제공되는 가스 공급관(6)은 외관(6a), 중앙관(6c) 및 내관(6b)을 포함하는 3중 구조를 가진다.
이 질화알루미늄 막 제조 장치에서, 외통(도시하지 않음), 내통(도시하지 않음), 히터(도시하지 않음) 및 스테이지(도시하지 않음)는 모두 저렴한 카본으로 제조된다. 따라서, 도 1 내지 도 3에 도시된 질화알루미늄 막 제조 장치와 마찬가지로, 이 바람직한 실시양태에서, 질화알루미늄 막 형성 전에, 열분해 질화붕소(pBN), 열분해 흑연(PG), 붕소 함유 열분해 흑연(B-PG), 질화알루미늄(AlN) 및 탄화규소(SiC) 등을 함유하고 산소 원자를 함유하지 않는 가스를 내통(2)에 공급하여 상기 가스 내에 함유된 성분으로 탄소제 외통(1)의 표면, 탄소제 내통(2)의 표면, 탄소제 히터(3)의 표면 및 탄소제 스테이지(4)의 표면을 피복한 후 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 내통(2)에 공급한다.
이 바람직한 실시양태에서, 암모니아 가스 등과 같이 질소 원자(N)를 함유하는 가스는 가스 공급관(6)의 외관(6a)을 통해 내통(2)으로 공급되고, O2 가스, H2O 가스, NOx 가스, COx 가스 등과 같이 산소 원자(O)를 함유하는 가스는 가스 공급관(6)의 중앙관(6c)을 통해 내통(2)으로 공급된다. 다른 한편, 트리메틸알루미늄 가스(TMA), 염화알루미늄 가스 등과 같이 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스는 가스 공급관(6)의 내관(6b)을 통해 내통(2)으로 공급된다.
상기 개시된 바람직한 실시양태와 마찬가지로, 이 바람직한 실시양태에 따른 질화알루미늄 막 제조 장치가 암모니아 가스 등과 같이 질소 원자(N)를 함유하는 가스는 가스 공급관(6)의 외관(6a)을 통해 내통(2)으로 공급되고 트리메틸알루미늄 가스, 염화알루미늄 가스 등과 같이 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스는 가스 공급관(6)의 내관(6b)을 통해 내통(2)으로 공급되도록 구성되므로, 질소 원자(N)를 함유하는 가스 및 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스가 질화알루미늄 막 제조 장치의 스테이지(4) 상에 놓인 피처리 부재에 도달하기 전에 질소와 알루미늄이 서로 반응하여 질화알루미늄 막 내에 질화알루미늄 입자를 형성하여 피처리 부재의 표면에 형성되는 질화알루미늄 막이 분말상 막이 되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 이 바람직한 실시양태에 따르면, 암모니아 가스 등과 같이 질소 원자(N)를 함유하는 가스는 가스 공급관(6)의 외관(6a)을 통해 내통(2)으로 공급되고 산소 가스 등과 같이 산소 원자(O)를 함유하는 가스는 가스 공급관(6)의 중앙관(6c)을 통해 내통(2)으로 공급되며, 한편 트리메틸알루미늄 가스, 염화알루미늄 가스 등과 같이 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스는 가스 공급관(6)의 내관(6b)을 통해 내통(2)으로 공급된다. 따라서, 따라서, 내열충격성이 높고 치밀질인 질화알루미늄 막을 형성하는 것이 가능하다.
도 6은 본 발명의 다른 바람직한 실시양태인 질화알루미늄 막 제조 장치에 제공되는 가스 공급관을 도시한 개략적인 종단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 이 바람직한 실시양태에 따른 질화알루미늄 막 제조 장치는 횡형 구조를 갖도록 구성되며 탄소제의 원통(11)을 포함하고 상기 원통(11)에는 카본제의 히터(12), 피처리 부재가 놓이는 탄소제의 스테이지(13) 및 원통(11)에 원료 가스를 공급하기 위한 가스 공급관(14)이 제공된다.
도 6에는 도시되어 있지 않으나, 가스 공급관(14)은 도 2 및 도 3에 도시된 가스 공급관(6)과 마찬가지로 2중 구조를 가지거나 또는 가스 공급관(14)은 도 4 및 도 5에 도시된 가스 공급관(6)과 마찬가지로 3중 구조를 가질 수 있다.
가스 공급관(14)이 도 1 내지 도 3에 도시된 질화알루미늄 막 제조 장치와 마찬가지로 2중 구조를 갖도록 형성되는 경우, 산소 원자(O)를 함유하는 가스 및 질소 원자(N)를 함유하는 가스를 혼합함으로써 제조되는 혼합 가스는 가스 공급관(14)의 외관(도시하지 않음)을 통해 원통(11)으로 공급되고, 한편 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스는 가스 공급관(14)의 내관(도시하지 않음)을 통해 원통(11)으로 공급되어, 스테이지(13) 상에 놓인 피처리 부재의 표면에 질화알루미늄 막이 형성된다.
다른 한편, 가스 공급관(14)이 도 4 및 도 5에 도시된 질화알루미늄 막 제조 장치와 마찬가지로 3중 구조를 갖도록 형성되는 경우, 암모니아 가스 등과 같이 질소 원자(N)를 함유하는 가스는 가스 공급관(14)의 외관(도시하지 않음)을 통해 원통(11)으로 공급되고 산소 가스 등과 같이 산소 원자(O)를 함유하는 가스는 가스 공급관(14)의 중앙관(도시하지 않음)을 통해 원통(11)으로 공급되며, 한편 트리메틸알루미늄 가스, 염화알루미늄 가스 등과 같이 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스는 가스 공급관(14)의 내관(도시하지 않음)을 통해 원통(11)으로 공급된다. 그 결과, 스테이지(13) 상에 놓인 피처리 부재의 표면에 질화알루미늄 막이 형성된다.
이 바람직한 실시양태에 따르면, 질소 원자(N)를 함유하는 가스 및 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스는 가스 공급관(14) 내의 서로 분리된 공간을 통해 질화알루미늄 막 제조 장치의 원통(11)으로 공급된다. 따라서, 질소 원자(N)를 함유하는 가스 및 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스가 원통(11)으로 공급되기 전에 질소 및 알루미늄이 서로 반응하여 질화알루미늄 입자를 형성하여 피처리 부재의 표면에 형성되는 질화알루미늄 막이 분말상 막이 되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 이 바람직한 실시양태에서, 질소 원자(N)를 함유하는 가스 및 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스에 더하여 산소 원자(O)를 함유하는 가스가 질화알루미늄 막 제조 장치의 원통(11)에 공급되므로, 내열충격성이 높고 치밀질인 질화알루미늄 막을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시양태인 질화알루미늄 막 제조 방법을 실시하기 위하여 이용되는 장치를 도시한 개략적인 종단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 질화알루미늄 막 제조 방법을 실시하기 위하여 이용되는 장치에 제공된 가스 공급관을 상측에서 보아 도시한 개략적인 정면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 질화알루미늄 막 제조 방법을 실시하기 위하여 이용되는 장치에 제공된 가스 공급관을 도시한 개략적인 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 바람직한 실시양태에서 이용되는 질화알루미늄 막 제조 방법을 실시하기 위하여 이용되는 장치에 제공된 가스 공급관을 도시한 개략적인 정면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 가스 공급관을 도시한 개략적인 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 바람직한 실시양태에서 이용되는 질화알루미늄 막을 형성하기 위하여 이용되는 장치에 제공된 가스 공급관을 도시한 개략적인 종단면도이다.
도 7은 실시예 1에서 형성된 질화알루미늄 막의 X선 회절 프로필을 도시한 그래프이다.
도 2는 도 1에 도시된 질화알루미늄 막 제조 방법을 실시하기 위하여 이용되는 장치에 제공된 가스 공급관을 상측에서 보아 도시한 개략적인 정면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 질화알루미늄 막 제조 방법을 실시하기 위하여 이용되는 장치에 제공된 가스 공급관을 도시한 개략적인 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 바람직한 실시양태에서 이용되는 질화알루미늄 막 제조 방법을 실시하기 위하여 이용되는 장치에 제공된 가스 공급관을 도시한 개략적인 정면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 가스 공급관을 도시한 개략적인 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 바람직한 실시양태에서 이용되는 질화알루미늄 막을 형성하기 위하여 이용되는 장치에 제공된 가스 공급관을 도시한 개략적인 종단면도이다.
도 7은 실시예 1에서 형성된 질화알루미늄 막의 X선 회절 프로필을 도시한 그래프이다.
실시예 및 비교예
이하, 본 발명의 기술적 이점을 더 명백히 하기 위해 실시예 및 비교예를 개시하기로 한다.
실시예 1
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 2중 구조를 갖는 가스 공급관을 포함하고 φ 500 mm x 1500 mm의 크기를 갖는 종형 구조의 질화알루미늄 막 제조 장치를 제조하고 이 질화알루미늄 막 제조 장치의 스테이지 상에 50 mm x 50 mm x 1 mm 크기의 기재를 올려 놓았다. 이후, 이하와 같이 기재 표면에 질화알루미늄 막을 형성하였다.
먼저, 가스 공급관을 통해 질화알루미늄(AlN) 가스를 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급하여, 카본제의 외통, 카본제의 내통, 카본제의 히터 및 카본제의 스테이지 표면에 질화알루미늄 막을 형성하였다. 이후 질화알루미늄 막 제조 장치의 스테이지에 피처리 부재를 올려 놓았다.
이어서, 질화알루미늄 막 제조 장치 내의 온도를 1,000℃로 설정하고 질화알루미늄 막 제조 장치 내의 압력을 100 Pa로 설정하였다. 이후, 암모니아 가스와 산소 가스를 혼합하여 제조한 혼합 가스를 가스 공급관의 외관을 통해 질화알루미늄 막 제조 장치의 내통 내에 공급하고 트리메틸알루미늄(TMA) 가스를 가스 공급관의 내관을 통해 질화알루미늄 막 제조 장치의 내통 내에 공급하여, 50 mm x 50 mm x 1 mm 크기의 기재 표면에 100 ㎛의 두께를 갖는 질화알루미늄 막을 형성하였다.
여기서, 내통 내에 공급된 트리메틸알루미늄(TMA) 가스 내에 함유된 알루미늄 원자(Al)와 내통 내에 공급된 산소 가스 내에 함유된 산소 원자(O)의 몰비(Al/O)는 10으로 설정되었다.
이렇게 형성된 질화알루미늄 막의 X선 회절 프로필을 주식회사 Rigaku제의 "X선 회절 RINT-2500 VHF"(상품명)으로 2θ = 20°내지 80°범위에서 측정하였다.
그 결과, 도 7에 도시된 질화알루미늄 막의 X선 회절 프로필이 얻어졌다.
도 7에 도시된 바와 같이, X선 회절 프로필에는 질화알루미늄의 피그만이 확인되었고 다른 구성상의 피크는 확인되지 않았다.
또한, 질화알루미늄 막의 단면을 KEYENCE사가 제작하고 시판하는 전자현미경 "VE-8800"(상품명)을 이용하여 관찰하였더니 질화알루미늄 막의 단면은 기둥형이고 치밀질인 것으로 확인되었다.
비교예 1
암모니아 가스와 산소 가스를 혼합하여 제조한 혼합 가스 대신, 산소 가스를 질화알루미늄 막 장치의 내통 내에 공급하지 않고 암모니아 가스만을 가스 공급관의 외관을 통해 질화알루미늄 막 제조 장치의 내통 내에 공급한 것을 제외하고, 실시예 1에서 이용된 질화알루미늄 막 제조 장치를 이용하여 실시예 1과 동일한 방식으로 50 mm x 50 mm x 1 mm 크기의 기재에 100 ㎛의 두께를 갖는 질화알루미늄 막을 형성하였다.
이렇게 형성된 질화알루미늄 막의 단면을 KEYENCE사가 제작하고 시판하는 전자현미경 "VE-8800"(상품명)을 이용하여 관찰하였더니 질화알루미늄 막의 단면은 분말형 막이고 치밀질의 질화알루미늄 막이 형성될 수 없었던 것으로 확인되었다.
실시예 2
도 3에 도시된 바와 같이 3중 구조를 가지며 외관, 중앙관 및 내관을 포함하는 가스 공급관을 포함하고 φ 500 mm x 1500 mm의 크기를 갖는 종형 구조의 질화알루미늄 막 제조 장치를 제조하였다. 이후 스테이지 상에 50 mm x 50 mm x 1 mm 크기의 기재를 올려 놓고 이하와 같이 기재 표면에 질화알루미늄 막을 형성하였다.
먼저, 질화알루미늄(AlN) 가스를 가스 공급관을 통해 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급하여, 카본제의 외통, 카본제의 내통, 카본제의 히터 및 카본제의 스테이지 표면에 질화알루미늄 막을 형성하였다. 이후 질화알루미늄 막 제조 장치의 스테이지에 피처리 부재를 올려 놓았다.
이어서, 질화알루미늄 막 제조 장치 내의 온도를 1,000℃로 설정하고 질화알루미늄 막 제조 장치 내의 압력을 100 Pa로 설정하였다. 이후, 암모니아 가스를 가스 공급관의 외관을 통해 질화알루미늄 막 제조 장치의 내통 내에 공급하고 산소 가스를 질화알루미늄 막 제조 장치의 중앙관을 통해 질화알루미늄 막 제조 장치의 내통 내에 공급하며, 한편 트리메틸알루미늄(TMA) 가스를 가스 공급관의 내관을 통해 질화알루미늄 막 제조 장치의 내통 내에 공급하여, 50 mm x 50 mm x 1 mm 크기의 기재 표면에 100 ㎛의 두께를 갖는 질화알루미늄 막을 형성하였다.
여기서, 내통 내에 공급된 트리메틸알루미늄(TMA) 가스 내에 함유된 알루미늄 원자(Al)와 내통 내에 공급된 산소 가스 내에 함유된 산소 원자(O)의 몰비(Al/O)는 1로 설정하였다.
이어서, 이렇게 형성된 질화알루미늄 막의 X선 회절 프로필을 Rigaku사가 제조하고 시판하는 "X선 회절 RINT-2500 VHF"(상품명)으로 2θ = 20°내지 80°범위에서 측정하였다. 그 결과, X선 회절 프로필에는 질화알루미늄의 피그만이 확인되었고 질화알루미늄 이외의 다른 구성상의 피크는 확인되지 않았다.
또한, 질화알루미늄 막의 단면을 KEYENCE사가 제작하고 시판하는 전자현미경 "VE-8800"(상품명)을 이용하여 관찰하였더니 실시예 1과 마찬가지로 질화알루미늄 막의 단면은 기둥형이고 치밀질인 것으로 확인되었다.
실시예 3
질화알루미늄 막 제조 장치의 내통 내에 공급되는 트리메틸알루미늄(TMA) 가스 내에 함유된 알루미늄 원자(Al)와 질화알루미늄 막 제조 장치의 내통 내에 공급되는 산소 가스 내에 함유된 산소 원자(O)의 몰비(Al/O)를 10으로 설정한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일한 방식으로 50 mm x 50 mm x 1 mm 크기의 기재 상에 100 ㎛의 두께를 갖는 질화알루미늄 막을 형성하였다.
이어서, 이렇게 형성된 질화알루미늄 막의 X선 회절 프로필을 Rigaku사가 제조하고 시판하는 "X선 회절 RINT-2500 VHF"(상품명)으로 2θ = 20°내지 80°범위에서 측정하였다. 그 결과, X선 회절 프로필에는 질화알루미늄의 피그만이 확인되었고 질화알루미늄 이외의 다른 구성상의 피크는 확인되지 않았다.
또한, 질화알루미늄 막의 단면을 KEYENCE사가 제작하고 시판하는 전자현미경 "VE-8800"(상품명)을 이용하여 관찰하였더니 실시예 1과 마찬가지로 질화알루미늄 막의 단면은 기둥형이고 치밀질인 것으로 확인되었다.
실시예 4
질화알루미늄 막 제조 장치의 내통 내에 공급되는 트리메틸알루미늄(TMA) 가스 내에 함유된 알루미늄 원자(Al)와 질화알루미늄 막 제조 장치의 내통 내에 공급되는 산소 가스 내에 함유된 산소 원자(O)의 몰비(Al/O)를 100으로 설정한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일한 방식으로 50 mm x 50 mm x 1 mm 크기의 기재 상에 100 ㎛의 두께를 갖는 질화알루미늄 막을 형성하였다.
이어서, 이렇게 형성된 질화알루미늄 막의 X선 회절 프로필을 Rigaku사가 제조하고 시판하는 "X선 회절 RINT-2500 VHF"(상품명)으로 2θ = 20°내지 80°범위에서 측정하였다. 그 결과, X선 회절 프로필에는 질화알루미늄의 피그만이 확인되었고 질화알루미늄 이외의 다른 구성상의 피크는 확인되지 않았다.
또한, 질화알루미늄 막의 단면을 KEYENCE사가 제작하고 시판하는 전자현미경 "VE-8800"(상품명)을 이용하여 관찰하였더니 실시예 1과 마찬가지로 질화알루미늄 막의 단면은 기둥형이고 치밀질인 것으로 확인되었다.
비교예 2
질화알루미늄 막 제조 장치의 내통 내에 공급되는 트리메틸알루미늄(TMA) 가스 내에 함유된 알루미늄 원자(Al)와 질화알루미늄 막 제조 장치의 내통 내에 공급되는 산소 가스 내에 함유된 산소 원자(O)의 몰비(Al/O)를 0.1로 설정한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일한 방식으로 50 mm x 50 mm x 1 mm 크기의 기재 상에 100 ㎛의 두께를 갖는 질화알루미늄 막을 형성하였다.
이어서, 이렇게 형성된 질화알루미늄 막의 X선 회절 프로필을 Rigaku사가 제조하고 시판하는 "X선 회절 RINT-2500 VHF"(상품명)으로 2θ = 20°내지 80°범위에서 측정하였다. 그 결과, 막의 X선 회절 프로필에는 질화알루미늄의 피그 뿐만 아니라 산질화알루미늄의 피크도 확인되었다.
또한, 질화알루미늄 막의 단면을 KEYENCE사가 제작하고 시판하는 전자현미경 "VE-8800"(상품명)을 이용하여 관찰하였더니 질화알루미늄 막의 단면이 기둥형이고 치밀질임에도 불구하고 산질화알루미늄이 형성되었기 때문인지 막의 내열충격성이 저하되고 깨짐이 발생하였다.
비교예 3
질화알루미늄 막 제조 장치의 내통 내에 공급되는 트리메틸알루미늄(TMA) 가스 내에 함유된 알루미늄 원자(Al)와 질화알루미늄 막 제조 장치의 내통 내에 공급되는 산소 가스 내에 함유된 산소 원자(O)의 몰비(Al/O)를 150으로 설정한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일한 방식으로 50 mm x 50 mm x 1 mm 크기의 기재 상에 100 ㎛의 두께를 갖는 질화알루미늄 막을 형성하였다.
이어서, 이렇게 형성된 질화알루미늄 막의 X선 회절 프로필을 Rigaku사가 제조하고 시판하는 "X선 회절 RINT-2500 VHF"(상품명)으로 2θ = 20°내지 80°범위에서 측정하였다. 그 결과, 막의 X선 회절 프로필에는 질화알루미늄의 피그 뿐만 아니라 산질화알루미늄의 피크도 확인되었다.
또한, 질화알루미늄 막의 단면을 KEYENCE사가 제작하고 시판하는 전자현미경 "VE-8800"(상품명)을 이용하여 관찰하였더니 비교예 1과 마찬가지로 질화알루미늄 막의 단면은 분말상이고 치밀질인 질화알루미늄 막이 형성될 수 없었던 것으로 확인되었다.
실시예 5
산소(O2) 가스 대신 이산화질소(NO2) 가스를 사용한 점을 제외하고 실시예 1과 동일한 방식으로 50 mm x 50 mm x 1 mm 크기의 기재 상에 100 ㎛ 두께의 질화알루미늄 막을 형성하였다. 여기서, 이산화질소 가스의 유량은 이산화질소 가스에 함유된 산소 원자(O) 수가 실시예 1에서 사용된 산소 가스 내에 함유된 산소 원자(O) 수와 동일하도록 설정하였다.
이어서, 이렇게 형성된 질화알루미늄 막의 X선 회절 프로필을 Rigaku사가 제조하고 시판하는 "X선 회절 RINT-2500 VHF"(상품명)으로 2θ = 20°내지 80°범위에서 측정하였다. 그 결과, X선 회절 프로필에는 질화알루미늄의 피그만이 확인되었고 질화알루미늄 이외의 다른 구성상의 피크는 확인되지 않았다.
또한, 질화알루미늄 막의 단면을 KEYENCE사가 제작하고 시판하는 전자현미경 "VE-8800"(상품명)을 이용하여 관찰하였더니 실시예 1과 마찬가지로 질화알루미늄 막의 단면이 기둥형이고 치밀질인 것으로 확인되었다.
실시예 6
산소(O2) 가스 대신 이산화탄소(CO2) 가스를 사용한 점을 제외하고 실시예 1과 동일한 방식으로 50 mm x 50 mm x 1 mm 크기의 기재 상에 100 ㎛ 두께의 질화알루미늄 막을 형성하였다. 여기서, 이산화탄소 가스의 유량은 이산화탄소 가스 내에 함유된 산소 원자(O) 수가 실시예 1에서 사용된 산소 가스 내에 함유된 산소 원자(O) 수와 동일하도록 설정하였다.
이어서, 이렇게 형성된 질화알루미늄 막의 X선 회절 프로필을 Rigaku사가 제조하고 시판하는 "X선 회절 RINT-2500 VHF"(상품명)으로 2θ = 20°내지 80°범위에서 측정하였다. 그 결과, X선 회절 프로필에는 질화알루미늄의 피그만이 확인되었고 질화알루미늄 이외의 다른 구성상의 피크는 확인되지 않았다.
또한, 질화알루미늄 막의 단면을 KEYENCE사가 제작하고 시판하는 전자현미경 "VE-8800"(상품명)을 이용하여 관찰하였더니 실시예 1과 마찬가지로 질화알루미늄 막의 단면이 기둥형이고 치밀질인 것으로 확인되었다.
실시예 7
산소(O2) 가스 대신 수증기(H2O) 가스를 사용한 점을 제외하고 실시예 1과 동일한 방식으로 50 mm x 50 mm x 1 mm 크기의 기재 상에 100 ㎛ 두께의 질화알루미늄 막을 형성하였다. 여기서, 수증기 가스의 유량은 수증기 가스 내에 함유된 산소 원자(O) 수가 실시예 1에서 사용된 산소 가스 내에 함유된 산소 원자(O) 수와 동일하도록 설정하였다.
이어서, 이렇게 형성된 질화알루미늄 막의 X선 회절 프로필을 Rigaku사가 제조하고 시판하는 "X선 회절 RINT-2500 VHF"(상품명)으로 2θ = 20°내지 80°범위에서 측정하였다. 그 결과, X선 회절 프로필에는 질화알루미늄의 피그만이 확인되었고 질화알루미늄 이외의 다른 구성상의 피크는 확인되지 않았다.
또한, 질화알루미늄 막의 단면을 KEYENCE사가 제작하고 시판하는 전자현미경 "VE-8800"(상품명)을 이용하여 관찰하였더니 실시예 1과 마찬가지로 질화알루미늄 막의 단면이 기둥형이고 치밀질인 것으로 확인되었다.
실시예 8
트리메틸알루미늄 가스 대신 염화알루미늄 가스를 사용한 점을 제외하고 실시예 1과 동일한 방식으로 50 mm x 50 mm x 1 mm 크기의 기재 상에 100 ㎛ 두께의 질화알루미늄 막을 형성하였다. 여기서, 염화알루미늄 가스의 유량은 염화알루미늄 가스에 함유된 알루미늄 원자(Al) 수가 실시예 1에서 사용된 트리메틸알루미늄 가스 내에 함유된 알루미늄 원자(Al) 수와 동일하도록 설정하였다.
이어서, 이렇게 형성된 질화알루미늄 막의 X선 회절 프로필을 Rigaku사가 제조하고 시판하는 "X선 회절 RINT-2500 VHF"(상품명)으로 2θ = 20°내지 80°범위에서 측정하였다. 그 결과, X선 회절 프로필에는 질화알루미늄의 피그만이 확인되었고 질화알루미늄 이외의 다른 구성상의 피크는 확인되지 않았다.
또한, 질화알루미늄 막의 단면을 KEYENCE사가 제작하고 시판하는 전자현미경 "VE-8800"(상품명)을 이용하여 관찰하였더니 실시예 1과 마찬가지로 질화알루미늄 막의 단면이 기둥형이고 치밀질인 것으로 확인되었다.
실시예 1 및 비교예 1로부터, 질화알루미늄 막 제조 장치에 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 공급하지 않고, 질소 원자(N)를 함유하는 가스와 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스만을 공급한 경우, 가스가 피처리 부재에 도달하기 전에, 질소 원자(N)를 함유하는 가스와 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스가 서로 반응하여 질화알루미늄 입자를 형성하기 때문에, 피처리 부재 상에 형성된 질화알루미늄 막이 분말상 막이 되어, 치밀질 질화알루미늄 막이 형성될 수 없는 것으로 판명되었다. 이에 대해, 질소 원자(N)를 함유하는 가스 및 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스에 더하여 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급한 경우, 질소 원자(N)를 함유하는 가스 및 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스가 피처리 부재에 도달하기 전에 질소 원자(N)와 알루미늄 원자(Al)가 서로 반응하여 질화알루미늄 입자를 형성하는 것을 효과적으로 방지할 수 있어 내열충격성이 높고 치밀질인 질화알루미늄 막을 형성할 수 있는 것으로 판명되었다.
또한, 실시예 2 내지 4 및 비교예 2 및 3으로부터, 알루미늄 원자(Al)와 산소(O) 원자의 몰비(Al/O)가 1, 10 또는 100이 되도록 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스와 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급한 경우, 내열충격성이 높고 치밀질인 질화알루미늄 막을 형성할 수 있었다. 이에 대하여, 알루미늄 원자와 산소 원자의 몰비(Al/O)가 150이 되도록 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스와 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급한 경우에는, 형성된 질화알루미늄 막이 분말상이어서 치밀질 질화알루미늄 막을 형성할 수 없었다. 다른 한편, 알루미늄 원자(Al)와 산소 원자(O)의 몰비(Al/O)가 0.1이 되도록 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스와 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급한 경우, 치밀질 질화알루미늄 막을 형성할 수는 있었으나 이렇게 형성된 질화알루미늄 막은 산질화알루미늄이 형성된 때문인지 내열충격성이 낮아 깨져 버렸다. 따라서, 알루미늄 원자와 산소 원자의 몰비(Al/O)가 1 이상 100 이하(1 ≤ Al/O ≤ 100)가 되도록 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스와 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급하는 것이 바람직한 것으로 판명되었다.
또, 실시예 1 및 실시예 2 내지 4로부터, 질화알루미늄 막 제조 장치가 질소 원자(N)를 함유하는 가스 및 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스가 상이한 유로를 통해 공급되도록 구성되는 한, 질화알루미늄 막 제조 장치에 가스를 공급하는 가스 공급관의 구조는 특별히 한정되지 않아 가스 공급관은 2중 구조 또는 3중 구조일 수 있다.
또한, 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 5 내지 7로부터, 산소 원자(O)를 함유하는 가스의 종류 특별히 한정되지 않는 것으로 판명되었고. 실시예 8로부터 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스의 종류도 특히 한정되지 않는 것으로 판명되었다.
본 발명을 비교예 및 실시예와 관련하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이상의 실시예 및 비교예에 한정되지 않고, 특허 청구범위에 기재된 발명의 범위 내에서 여러가지로 변경이 가능하다.
예컨대, 상기 개시된 실시양태에서, 질화알루미늄 막 제조 장치는 카본제의 외통(1), 카본제의 내통(2), 외통(1)과 내통(2) 사이에 배치된 카본제의 히터(3) 및 카본제의 스테이지(4)를 포함한다. 그러나, 외통(1), 내통(2), 히터(3) 및 스테이지(4) 각각이 반드시 카본제일 필요는 없다
또한, 상기 개시된 실시양태에서는, 피처리 부재의 표면에 질화알루미늄 막을 형성하기 전에, 열분해 질화붕소(pBN), 열분해 흑연(PG), 붕소 함유 열분해 흑연(B-PG), 질화알루미늄(AlN) 및 탄화규소(SiC) 등과 같은 성분을 함유하고 산소 원자를 함유하지 않는 가스를 상기 질화알루미늄 막 제조 장치의 내통(2)에 공급하여, 상기 카본제의 외통(1), 카본제의 내통(2), 카본제의 히터(3) 및 카본제의 스테이지(4)의 표면을 상기 가스 내에 함유된 성분으로 피복한다. 그러나, 외통(1), 내통(2), 히터(3) 및 스테이지(4)가 산화내성이 높은 물질로 제조되는 경우, 열분해 질화붕소(pBN), 열분해 흑연(PG), 붕소 함유 열분해 흑연(B-PG), 질화알루미늄(AlN) 및 탄화규소(SiC) 등과 같은 성분을 함유하고 산소 원자(O)를 함유하지 않는 가스를 상기 질화알루미늄 막 제조 장치의 내통(2)에 공급하고 상기 외통(1)의 표면, 내통(2)의 표면, 히터(3)의 표면 및 스테이지(4)의 표면을 상기 가스 내에 함유된 성분으로 피복하는 것이 반드시 필요한 것은 아니다.
또한, 도 1 내지 도 5에 도시된 바람직한 실시양태에서, 질화알루미늄 막 제조 장치는 스테이지(4)를 회전시키는 회전 기구(5)를 포함하나, 질화알루미늄 막 제조 장치가 반드시 스테이지(4)를 회전시키는 회전 기구(5)를 포함하여야 하는 것은 아니다.
또한, 도 1 내지 도 3에 도시된 바람직한 실시양태에서는, 외관(6a) 및 내관(6b)을 포함하는 2중 구조를 갖는 가스 공급관(6)이 사용되었고, 도 4 및 도 5에 도시된 바람직한 실시양태에서는, 외관(6a), 내관(6b) 및 중앙관(6c)을 포함하는 3중 구조를 갖는 가스 공급관(6)이 사용되었다. 그러나, 2중 구조를 갖는 가스 공급관(6) 또는 3중 구조를 갖는 가스 공급관(6)을 반드시 사용할 필요는 없다. 질소 원자(N)를 함유하는 가스 및 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스를 공급하기 전에 질소 원자(N)를 함유하는 가스 및 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스가 서로 접촉하지 않도록 가스 공급관(6)을 구성하는 것으로 충분하다. 따라서, 가스 공급관(6)의 구조는 특별히 한정되지 않으며 복수의 가스 공급관이 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 화학 기상 증착법에 의해 내열충격성이 높고 치밀질인 질화알루미늄 막을 형성하는 방법을 제공할 수 있다.
Claims (16)
- 질화알루미늄 막 제조 장치에, 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스를 공급하고, 질소 원자(N)를 함유하는 가스를 공급하며, 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 공급하는 단계를 포함하는 질화알루미늄 막의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스 및 질소 원자(N)를 함유하는 가스를 상이한 유로를 통해 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급하는 것인 질화알루미늄 막의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급하기 전에 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 질소 원자(N)를 함유하는 가스 또는 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스와 혼합하는 것인 질화알루미늄 막의 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급하기 전에 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 질소 원자(N)를 함유하는 가스 또는 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스와 혼합하는 것인 질화알루미늄 막의 제조 방법.
- 제3항에 있어서, 산소 원자(O)에 대한 알루미늄 원자(Al)의 몰비(Al/O)가 1 이상 100 이하가 되도록(1 ≤ Al/O ≤ 100), 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스 및 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급하는 것인 질화알루미늄 막의 제조 방법.
- 제4항에 있어서, 산소 원자(O)에 대한 알루미늄 원자(Al)의 몰비(Al/O)가 1 이상 100 이하가 되도록(1 ≤ Al/O ≤ 100), 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스 및 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급하는 것인 질화알루미늄 막의 제조 방법.
- 제5항에 있어서, 산소 원자(O)에 대한 알루미늄 원자(Al)의 몰비(Al/O)가 5 이상 30 이하가 되도록(5 ≤ Al/O ≤ 30), 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스 및 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급하는 것인 질화알루미늄 막의 제조 방법.
- 제6항에 있어서, 산소 원자(O)에 대한 알루미늄 원자(Al)의 몰비(Al/O)가 5 이상 30 이하가 되도록(5 ≤ Al/O ≤ 30), 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스 및 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급하는 것인 질화알루미늄 막의 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 2중 구조 또는 3중 구조를 갖는 가스 공급관에 의해 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스, 질소 원자(N)를 함유하는 가스 및 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급하는 것인 질화알루미늄 막의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 산소 원자(O)를 함유하는 가스가 O2 가스, H2O 가스, NOx 가스 및 COx 가스로 이루어지는 군에서 선택되는 가스인 질화알루미늄 막의 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 산소 원자(O)를 함유하는 가스가 O2 가스, H2O 가스, NOx 가스 및 COx 가스로 이루어지는 군에서 선택되는 가스인 질화알루미늄 막의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스가 트리메틸알루미늄 가스(TMA) 및 염화알루미늄 가스로 이루어지는 군에서 선택되는 가스인 질화알루미늄 막의 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스가 트리메틸알루미늄 가스(TMA) 및 염화알루미늄 가스로 이루어지는 군에서 선택되는 가스인 질화알루미늄 막의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 질화알루미늄 막 제조 장치 내에 제공되고 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스, 질소 원자(N)를 함유하는 가스 및 산소 원자(O)를 함유하는 가스와 접촉하는 부재가 카본으로 제조되고, 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급하기 전에, 열분해 질화붕소(pBN), 열분해 흑연(PG), 붕소 함유 열분해 흑연(B-PG), 질화알루미늄(AlN) 및 탄화규소(SiC)로 이루어지는 군에서 선택되는 화합물을 함유하고 산소 원자를 함유하지 않는 가스를 상기 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급하여, 상기 카본으로 제조된 부재의 표면을 상기 산소 원자를 함유하지 않는 가스 내에 함유된 화합물로 피복하는 단계를 더 포함하는 것인 질화알루미늄 막의 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 질화알루미늄 막 제조 장치 내에 제공되고 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스, 질소 원자(N)를 함유하는 가스 및 산소 원자(O)를 함유하는 가스와 접촉하는 부재가 카본으로 제조되고, 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급하기 전에, 열분해 질화붕소(pBN), 열분해 흑연(PG), 붕소 함유 열분해 흑연(B-PG), 질화알루미늄(AlN) 및 탄화규소(SiC)로 이루어지는 군에서 선택되는 화합물을 함유하고 산소 원자를 함유하지 않는 가스를 상기 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급하여, 상기 카본으로 제조된 부재의 표면을 상기 산소 원자를 함유하지 않는 가스 내에 함유된 화합물로 피복하는 단계를 더 포함하는 것인 질화알루미늄 막의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 질화알루미늄 막 제조 장치 내에 제공되고 알루미늄 원자(Al)를 함유하는 가스, 질소 원자(N)를 함유하는 가스 및 산소 원자(O)를 함유하는 가스와 접촉하는 부재가 카본으로 제조되고, 산소 원자(O)를 함유하는 가스를 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급하기 전에, 열분해 질화붕소(pBN), 열분해 흑연(PG), 붕소 함유 열분해 흑연(B-PG), 질화알루미늄(AlN) 및 탄화규소(SiC)로 이루어지는 군에서 선택되는 화합물을 함유하고 산소 원자를 함유하지 않는 가스를 상기 질화알루미늄 막 제조 장치에 공급하여, 상기 카본으로 제조된 부재의 표면을 상기 산소 원자를 함유하지 않는 가스 내에 함유된 화합물로 피복하는 단계를 더 포함하는 것인 질화알루미늄 막의 제조 방법.
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