KR20130069250A - 증착 장치 및 증착 방법 - Google Patents

증착 장치 및 증착 방법 Download PDF

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KR20130069250A
KR20130069250A KR1020110136878A KR20110136878A KR20130069250A KR 20130069250 A KR20130069250 A KR 20130069250A KR 1020110136878 A KR1020110136878 A KR 1020110136878A KR 20110136878 A KR20110136878 A KR 20110136878A KR 20130069250 A KR20130069250 A KR 20130069250A
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강석민
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예에 따른 탄화규소 증착 장치는, 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부; 상기 반응 가스가 유입되는 챔버; 및 상기 반응 가스 공급부와 상기 챔버를 연결하고, 상기 챔버의 상부와 연결되는 반응 가스 공급 라인; 상기 반응 가스 공급 라인과 연결된 반응 가스 분사 부재를 포함하고, 상기 반응 가스 분사 부재는, 상기 반응 가스 공급 라인과 연결된 반응 가스 라인; 및 상기 반응 가스 라인과 연결된 반응 가스 분사부를 포함하며, 상기 반응 가스 분사부는 일 방향으로 회전할 수 있다.

Description

증착 장치 및 증착 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DEPOSITION}
실시예는 증착 장치 및 증착 방법에 관한 것이다.
일반적으로 기판 또는 웨이퍼(wafer)상에 다양한 박막을 형성하는 기술 중에 화학 기상 증착 방법(Chemical Vapor Deposition; CVD)이 많이 사용되고 있다. 화학 기상 증착 방법은 화학 반응을 수반하는 증착 기술로, 소스 물질의 화학 반응을 이용하여 웨이퍼 표면상에 반도체 박막이나 절연막 등을 형성한다.
이러한 화학 기상 증착 방법 및 증착 장치는 최근 반도체 소자의 미세화와 고효율, 고출력 LED 개발 등으로 박막 형성 기술 중 매우 중요한 기술로 주목 받고 있다. 현재 웨이퍼 상에 규소 막, 산화물 막, 질화규소 막 또는 산질화규소 막, 텅스텐 막 등과 같은 다양한 박막들을 증착하기 위해 이용되고 있다.
이러한 박막을 웨이퍼 상에 증착하게 위해서는 반응로 내에 상기 웨이퍼를 위치시키고, 상기 반응로 내에 반응 가스를 공급한 후, 상기 반응 가스와 상기 웨이퍼가 반응하여 상기 웨이퍼 상에 박막을 형성할 수 있다.
그러나, 이때 상기 웨이퍼 상에 반응 가스가 균일하게 분사되지 않는 경우, 상기 웨이퍼 상에는 불균일한 박막층이 형성될 수 있고, 이는 탄화규소 에피 웨이퍼의 품질을 저하시키는 문제점이 되고 있다.
이에 따라, 상기 웨이퍼 상에 반응 가스를 균일하게 공급하여 고품질의 에피 웨이퍼를 제조할 수 있는 증착 장치 및 증착 방법의 필요성이 요구된다.
실시예에 따른 웨이퍼 상에 일정하고 균일한 양의 반응 가스를 투입하여, 고품질의 탄화규소 에피 웨이퍼를 제조할 수 있는 탄화규소 증착 장치를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 탄화규소 증착 장치는, 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부; 상기 반응 가스가 유입되는 챔버; 및 상기 반응 가스 공급부와 상기 챔버를 연결하고, 상기 챔버의 상부와 연결되는 반응 가스 공급 라인; 상기 반응 가스 공급 라인과 연결된 반응 가스 분사 부재를 포함하고, 상기 반응 가스 분사 부재는, 상기 반응 가스 공급 라인과 연결된 반응 가스 라인; 및 상기 반응 가스 라인과 연결된 반응 가스 분사부를 포함하며, 상기 반응 가스 분사부는 일 방향으로 회전할 수 있다.
실시예에 따른 증착 장치 및 증착 방법은 상기 반응 가스의 공급을 회전하는 상기 반응 가스 분사 부재에 의해 상기 챔버 내로 공급할 수 있다. 상기 반응 가스 분사 부재는 적절한 분사 각도를 가질 수 있는 속도로 회전할 수 있고 상기 웨이퍼도 상기 반응 가스 분사 부재와 반대 방향으로 회전하므로, 상기 웨이퍼 상에는 균일하게 반응 가스가 공급될 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 증착 장치 및 증착 방법에 따라 제조되는 탄화규소 에피 웨이퍼는 웨이퍼 상에 균일한 반응 가스를 공급하므로, 균일도가 우수하고고품질을 가지는 탄화규소 박막을 웨이퍼 상에 증착할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 탄화규소 증착 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 증착부를 도시한 도면이다.
도 3은 실시예에 따른 증착부의 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 실시예에 따른 분사부의 단면을 도시한 도면이다.
도 5는 실시예에 따른 탄화규소 증착 방법을 도시한 도면이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 실시예에 따른 탄화규소 증착 장치의 개략도 및 각 구성부분의 상세도이고, 도 2는 실시예에 따른 탄화규소 증착 장치의 증착부를 도시한 도면이고, 도 3은 실시예에 따른 증착부의 단면을 도시한 도면이며, 도 4는 실시예에 따른 증착부의 분사부의 단면을 도시한 도면이고, 도 5는 실시예에 따른 탄화규소 증착 방법의 공정 흐름도를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 증착 장치는 반응 가스 공급부(100), 증착부(200) 및 반응 가스 공급 라인(300)을 포함할 수 있다.
상기 반응 가스 공급부(100)에서는 상기 증착부(200) 내로 공급되는 반응 가스 또는 원료를 수용한다. 상기 원료는 액상 원료 또는 기상 원료를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 액상 원료는 메틸트리클로로실란(methyltrichlorosilane;MTS)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 기상 원료는 실란(SiH4) 및 에틸렌(C2H4) 또는 실란 및 프로판(C3H8)을 포함할 수 있다. 그러나, 상기 원료는 이에 제한되지 않고 탄소 및 규소를 포함하는 다양한 액상 원료 또는 기상 원료를 포함할 수 있다.
일례로, 상기 액상 원료인 메틸트릴클로로실란을 이용하여 반응 가스를 공급하기 위한 공정은 다음과 같다. 상기 반응 가스 공급부(100)는 상기 반응 가스를 생성하기 위한 액체 즉, 메틸트릴클로로실란을 수용할 수 있다. 예를 들어, 상기 액체가 증발되어 상기 반응 가스가 형성될 수 있다.
즉, 열을 가하는 발열부에 의해 상기 액상 원료인 메틸트릴클로로실란을 가하고, 상기 액상 원료를 증발시킬 수 있다. 또한, 상기 반응 가스 공급부(100)에는 기상 원료가 수용될 수 있고, 상기 기상 원료는 가열 공정을 생략하고 바로 상기 증착부(200)로 공급될 수 있다.
상기 증착부(200)는 탄화규소 증착 공정이 이루어지는 반응로 또는 챔버일 수 있다.
상기 증착부(200)는 상기 반응 가스 공급 라인(300)을 이용하여 상기 반응 가스 공급부(100)과 연결된다. 상기 증착부(200)는 상기 반응 가스 공급부(100)에 수용된 반응 가스를 상기 반응 가스 공급 라인(300)을 통하여 공급받을 수 있다.
상기 증착부(200)는 에피텍셜층을 형성하고자 하는 웨이퍼(W)를 수용한다. 상기 증착부(200)는 상기 반응 가스를 사용하여, 상기 에피텍셜층을 형성한다. 즉, 상기 증착부(200)는 상기 웨이퍼(W) 상에 상기 반응 가스를 사용하여, 박막을 형성한다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 실시예에 따른 탄화규소 증착 장치의 증착부에 대해 상세하게 설명한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 실시예에 따른 증착부(200)는 챔버(10), 반응 가스 분사 부재(20, 30) 및 상부 덮개(40)를 포함한다.
상기 챔버(10)는 원통형 튜브 형상을 가질 수 있다. 이와는 다르게, 상기 챔버(10)는 사각 박스 형상을 가질 수 있다. 상기 챔버(10)는 상기 반응 가스 분사 부재(20, 30)을 수용할 수 있고, 상기 챔버(10)의 상부는 상기 상부 덮개(40)에 의해 밀폐될 수 있다.
또한, 상기 챔버(10)의 양 끝단들은 밀폐되고, 상기 챔버(10)는 외부의 기체유입을 막고 진공도를 유지할 수 있다. 상기 챔버(10)는 기계적 강도가 높고, 화학적 내구성이 우수한 석영(quartz)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 챔버(10)는 향상된 내열성을 가진다.
또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 챔버(10) 내에 단열부가 더 구비될 수 있다. 상기 단열부는 상기 챔버(10) 내의 열을 보존하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 단열부로 사용되는 물질의 예로서는 질화물 세라믹, 탄화물 세라믹 또는 흑연 등을 들 수 있다.
상기 반응 가스 분사 부재는 상기 반응 가스 공급 라인(300)과 연결된 반응 가스 라인(20); 및 상기 반응 가스 라인과 연결된 반응 가스 분사부(30)를 포함할 수 있다.
상기 반응 가스 라인(20)은 상기 반응 가스 공급 라인(300)과 연결되어, 상기 반응 가스 분사부(30)에 상기 반응 가스를 공급할 수 있다.
상기 반응 가스 분사부(30)는 복수 개의 반응 가스 분사 라인 및 복수 개의 반응 가스 분사 구멍(31)을 포함할 수 있다. 상기 복수 개의 반응 가스 분사 라인은 상기 반응 가스 라인(20)을 통해 흐르는 반응 가스를 상기 복수 개의 반응 가스 분사 구멍(31)으로 전달할 수 있다.
즉, 상기 반응 가스는 상기 반응 가스 공급부(100)에서 상기 반응 가스 공급 라인(300)을 통해 상기 반응 가스 라인(20)으로 이동되고, 상기 반응 가스 라인(20)으로 이동된 상기 반응 가스는 상기 반응 가스 분사 라인 및 상기 반응 가스 분사 구멍(31)을 통해, 상기 챔버(10)의 하부에 위치하는 웨이퍼 상에 반응 가스를 분사할 수 있다.
상기 반응 가스 분사 라인은 상기 반응 가스 분사 구멍(31) 방향으로 연장될수록 라인의 너비가 좁아질 수 있다, 즉, 상기 반응 가스 분사 구멍(31)을 통하여 상기 챔버(10) 내로 공급되는 상기 반응 가스의 분사를 용이하게 하기 위하여, 상기 반응 가스 분사 라인의 너비는 점점 좁아질 수 있다.
상기 반응 가스 분사부(30)는 상기 챔버(10) 내에서 회전할 수 있다. 즉, 상기 반응 가스 분사부(30)는 시계 방향 또는 반시계 방향의 일 방향으로 회전할 수 있다. 상기 반응 가스 분사부(30)의 회전 속도는 10 rpm 내지 600 rpm 일 수 있다. 상기 회전 속도가 10 rpm 이하인 경우에는 회전 속도가 낮아서 상기 챔버(10) 내에 위치하는 웨이퍼 상에 반응 가스가 균일하게 분사되지 않을 수 있고, 또한, 상기 회전 속도가 600 rpm을 초과하게 되면, 상기 반응 가스의 분사 각도가 너무 커져서 상기 챔버의 내벽에 분사 가스가 분사될 수 있다. 즉, 상기 반응 가스 분사부(30)의 회전 속도가 10 rpm 내지 600 rpm의 범위일 때, 상기 반응 가스 분사부(30)의 분사 각도를 최적으로 할 수 있고, 이에 따라, 상기 챔버 내에 위치하는 웨이퍼 상에 균일하게 반응 가스를 분사할 수 있다.
상기 반응 가스 분사부(30)는 기계적인 힘 또는 기체를 이용하여 회전시킬 수 있다. 일례로, 기계적인 힘을 가하여 회전시키는 경우에는 상기 반응 가스 분사부에 동력을 전달하는 모터부(도면에 미도시)를 연결하여 상기 반응 가스 분사부를 회전시킬 수 있다. 또한, 기체를 이용하여 회전시키는 경우에는 상기 반응 가스 분사부에 압축 기체 공급 라인과 압축 기체 배출 라인을 포함하는 회전 구동부(도면에 미도시)를 연결하여 회전시킬 수 있다. 즉, 상기 회전 구동부에 아르곤 등과 같은 불활성 기체를 공급 및 배기시킴으로써, 상기 회전 구동부에 연결된 상기 반응 가스 분사부를 회전시킬 수 있다.
이때, 기체를 이용하여 회전하는 경우에는 상기 반응 가스 분사부(30)가 고온에서 사용 가능하도록 세라믹 재질을 포함되거나, 상기 세라믹 재질로 코팅된 구조를 가질 수 있다.
상기 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 챔버 내에 위치하는 복수 개의 웨이퍼도 함께 회전할 수 있다. 이때, 상기 웨이퍼의 회전은 상기 반응 가스 분사부(30)와 반대 방향으로 회전할 수 있다. 이에 따라, 상기 반응 가스 분사 부재를 통해 상기 챔버(10) 내로 공급되는 반응 가스는 상기 회전하는 상기 웨이퍼 상에 균일한 양으로 분사될 수 있어 상기 웨이퍼 상에 고품질의 탄화규소 박막을 증착할 수 있다.
즉, 상기 반응 가스가 상기 챔버(10) 내로 분사되면, 상기 반응 가스는 상기 챔버의 외주면을 감싸는 가열 부재 등(도면에는 도시되어 있지 않음)에 의해 가열되고, 상기 반응 가스가 이온화하여 중간 화합물을 생성할 수 있다. 상기 중간 화합물은 상기 웨이퍼와 반응하여 상기 웨이퍼 상에 탄화규소 박막 층을 형성할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여, 상기 탄화규소 증착 방법에 대해 설명한다.
도 5를 참조하면, 실시예에 따른 탄화규소 증착 방법은 반응 가스를 투입하는 단계(ST10); 분사부를 회전하는 단계(ST20); 반응 가스를 분사하는 단계(ST30); 및 반응하는 단계(ST40)을 포함한다.
상기 반응 가스를 투입하는 단계(ST10)에서는, 상기 챔버(10) 내에 반응 가스를 투입한다. 상기 반응 가스는 상기 반응 가스 공급부(100)에서 공급되고, 상기 챔버(10)와 연결된 상기 반응 가스 공급 라인(300)을 통해 공급될 수 있다.
이어서, 상기 분사부를 회전하는 단계(ST20)에서는, 상기 반응 가스 공급 라인(300)과 연결된 상기 반응 가스 분사 부재(20, 30)가 회전할 수 있다. 즉, 상기 반응 가스 공급 라인은 상기 반응 가스 라인(20)과 연결되고, 복수 개의 반응 가스 분사 라인과 복수 개의 반응 가스 분사 구멍(31)을 포함하는 상기 반응 가스 분사 부(30)가 연결될 수 있고, 상기 반응 가스부(30)는 일정한 속도로 회전할 수 있다. 바람직하게는, 상기 반응 가스 분사부(30)는 10 rpm 내지 600 rpm 의 속도로 회전할 수 있다. 앞서 설명하였듯이, 상기 회전 속도가 너무 작으면, 분사 각도가 너무 작을 수 있고, 너무 크면 분사 각도가 너무 커져서 상기 챔버(10)의 내벽 내에 반응 가스가 분사될 수 있다.
또한, 상기 챔버 내에 위치하는 복수 개의 웨이퍼도 함께 회전할 수 있다. 이때, 상기 웨이퍼의 회전은 상기 반응 가스 분사부(30)와 반대 방향으로 회전할 수 있다. 이에 따라, 상기 반응 가스 분사 부재를 통해 상기 챔버(10) 내로 공급되는 반응 가스는 상기 회전하는 상기 웨이퍼 상에 균일한 양으로 분사될 수 있어 상기 웨이퍼 상에 고품질의 탄화규소 박막을 증착할 수 있다.
이어서, 반응 가스를 분사하는 단계(ST30)에서는, 상기 회전하는 상기 반응 가스 분사 부재에 의해 상기 챔버 즉, 상기 챔버 내에 위치하는 상기 웨이퍼 상에 반응 가스를 분사할 수 있다.
즉, 상기 반응 가스 공급 라인(300) 및 상기 반응 가스 라인(20)을 통해 반응 가스는 복수 개의 반응 가스 분사 라인으로 공급되고, 상기 반응 가스는 상기 반응 가스 분사 구멍(31)을 통해 상기 웨이퍼 상으로 반응 가스를 분사할 수 있다.이때, 상기 반응 가스의 분사를 용이하게 하기 위해 상기 반응 가스 분사 라인은 상기 반응 가스 분사 구멍(310)으로 연장될수록 너비가 좁아질 수 있다.
상기 반응 가스 분사부(30)는 기계적인 힘 또는 기체를 이용하여 회전시킬 수 있다. 이때, 기체를 이용하여 회전하는 경우에는 상기 반응 가스 분사부(30)가 고온에서 사용 가능하도록 세라믹 재질을 포함되거나, 상기 세라믹 재질로 코팅된 구조를 가질 수 있다.
이어서, 상기 반응하는 단계(ST40)에서는, 상기 반응 가스와 상기 웨이퍼가 반응할 수 있다.
즉, 상기 반응 가스가 상기 챔버(10) 내로 분사되면, 상기 반응 가스는 상기 챔버의 외주면을 감싸는 가열 부재 등에 의해 가열되고, 상기 반응 가스가 이온화하여 중간 화합물을 생성할 수 있다. 상기 중간 화합물은 상기 웨이퍼와 반응하여 상기 웨이퍼 상에 탄화규소 박막 층을 형성할 수 있다.
앞서 설명하였듯이, 실시예에 따른 증착 장치 및 증착 방법은 상기 반응 가스의 공급을 회전하는 상기 반응 가스 분사 부재에 의해 상기 챔버 내로 공급할 수 있다. 상기 반응 가스 분사 부재는 적절한 분사 각도를 가질 수 있는 속도로 회전할 수 있고 상기 웨이퍼도 상기 반응 가스 분사 부재와 반대 방향으로 회전하므로, 상기 웨이퍼 상에는 균일하게 반응 가스가 공급될 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 증착 장치 및 증착 방법에 따라 제조되는 탄화규소 에피 웨이퍼는 웨이퍼 상에 균일한 반응 가스를 공급하므로, 균일도가 우수하고고품질을 가지는 탄화규소 박막을 웨이퍼 상에 증착할 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부;
    상기 반응 가스가 유입되는 챔버; 및
    상기 반응 가스 공급부와 상기 챔버를 연결하고, 상기 챔버의 상부와 연결되는 반응 가스 공급 라인;
    상기 반응 가스 공급 라인과 연결된 반응 가스 분사 부재를 포함하고,
    상기 반응 가스 분사 부재는,
    상기 반응 가스 공급 라인과 연결된 반응 가스 라인; 및
    상기 반응 가스 라인과 연결된 반응 가스 분사부를 포함하며,
    상기 반응 가스 분사부는 일 방향으로 회전하는 탄화규소 증착 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 반응 가스 분사는 10rpm 내지 600 rpm 으로 회전하는 탄화규소 증착 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 반응 가스 분사부는 상기 반응 가스 라인과 연결된 복수 개의 반응 가스 분사 라인 및 복수 개의 반응 가스 분사 구멍을 포함하는 탄화규소 증착 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 반응 가스 라인은 상기 반응 가스 분사 구멍으로 연장될수록 너비가 좁아지는 탄화규소 증착 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 분사부는 기계적인 힘 또는 기체를 이용하여 회전하는 탄화규소 증착 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 분사부는 세라믹 재질을 포함하는 탄화규소 증착 장치.
  7. 반응 가스 공급 라인을 통해 챔버 내에 반응 가스를 투입하는 단계;
    상기 반응 가스 공급 라인과 연결된 상기 반응 가스 분사 부재를 통해 상기 반응 가스가 분사되는 단계; 및
    상기 반응 가스와 상기 챔버 내에 위치하는 웨이퍼와 반응하는 단계를 포함하고,
    상기 반응 가스 분사 부재는 회전하는 탄화규소 증착 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 반응 가스 분사 부재는 10 rpm 내지 600 rpm 의 속도로 회전하는 탄화규소 증착 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 반응 가스 분사 부재는, 복수 개의 반응 가스 분사 라인 및 복수 개의 반응 가스 분사 구멍을 포함하고,
    상기 반응 가스 분사 라인은 상기 반응 가스 분사 구멍을 통해 반응 가스를 분사하는 탄화규소 증착 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 반응 가스 분사 라인은 상기 반응 가스 분사 구멍으로 연장될수록 너비가 좁아지는 탄화규소 증착 방법.
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