KR20150101231A - 화학기상증착 장치용 새틀라이트 디스크 및 이의 제조 방법 - Google Patents

화학기상증착 장치용 새틀라이트 디스크 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20150101231A
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Abstract

기판에 반도체층을 형성하기 위한 반응 공간을 제공하는 반응 챔버의 내부에 상기 기판을 수용하기 위한 수용홈을 가지면서 상기 기판을 지지하는 서셉터 상에 장착되는 화학기상증착 장치용 새틀라이트 디스크는 잔류 산소가 1% 미만인 질화알루미늄(AlN) 소결체로 이루어진다.

Description

화학기상증착 장치용 새틀라이트 디스크 및 이의 제조 방법{SATELLITE DISC APPLYING CHEMICAL VAPOR DEPOSITION APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 화학기상증착 장치용 새틀라이트 디스크 및 이의 제조 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 유기 금속을 열을 통해 반응시켜 반도체 기판에 반도체층을 증착시킬 수 있는 금속유기화학기상증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; 이하, MOCVD) 장치에 사용되는 새틀라이트 디스크 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 금속유기화학기상증착(MOCVD) 장치는 화학반응을 이용하여 웨이퍼와 같은 기판 상에 반도체층을 박막 형태로 증착하는 박막 형성 장치이다. 구체적으로, 상기 금속유기화학기상증착(MOCVD) 장치는 진공으로 이루어진 반응 챔버 내에서 가열된 기판에 증기압이 높은 금속 유기 화합물을 포함하는 반응 가스 및 유동 가스를 공급하여 그 반응 물질을 상기 기판 상에 박막 형태로 성장시키는 장치이다.
이에, 상기 금속유기화학기상증착(MOCVD) 장치는 상기 반응 챔버의 내부에 상기 기판이 놓여지는 서셉터 및 상기 서셉터 부근에 설치되어 상기 기판을 가열하는 히터를 포함한다. 또한, 상기 금속유기화학기상증착(MOCVD) 장치는 생산성 향상을 목적으로 상기 서셉터 상에 다수의 기판들을 개별적으로 안착시키기 위하여 장착되는 다수의 새틀라이트 디스크들을 더 포함한다.
그러나, 상기 새틀라이트 디스크들 각각은 다공성 재질의 기계적 강도가 다소 약한 그라파이트(graphite) 재질의 몸체에 이와는 열팽창 계수가 상이한 물질인 탄화규소(SiC)가 코팅된 구조를 가짐으로써, 기본적으로 상기 기계적 강도가 약한 그라파이트(graphite) 재질로 인해 기대 수명이 짧을 뿐만 아니라, 상기 새틀라이트 디스크 또는 상기 기판을 상기 서셉터에 로딩하거나 언로딩할 때 일부 발생될 수 있는 물리적인 컨택에 의해서 상기의 코팅된 탄화규소(SiC)가 상기 그라파이트(graphite) 재질의 몸체로부터 떨어져 상기 기판을 오염시키는 심각한 문제점이 발생될 수 있다.
또한, 상기의 코팅된 탄화규소(SiC)가 떨어짐에 따라 노출된 그라파이트(graphite)가 상기 반응 챔버에 공급되는 유동 가스인 수소 가스(H2)와 반응하여 탄소(C) 및 수소(H) 간 공유 결합으로 인해 식각 반응이 일어나 상기 기판을 오염시킬 수 있는 추가적인 불순물이 발생될 수 있다. 이러한 추가적인 불순물은 상기의 증착 공정을 방해하여 상기 기판에 박막이 형성되지 않도록 할 수도 있다.
본 발명의 목적은 웨이퍼와 같은 기판에 반도체층을 박막 형태로 형성하기 위한 화학기상증착 장치에서 상기 기판을 오염시킬 수 있는 불순물의 발생을 방지하면서 상기 기판을 수용하는 새틀라이트 디스크를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기한 새틀라이트 디스크를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 일 특징에 따른 기판에 반도체층을 형성하기 위한 반응 공간을 제공하는 반응 챔버의 내부에 상기 기판을 수용하기 위한 수용홈을 가지면서 상기 기판을 지지하는 서셉터 상에 장착되는 화학기상증착 장치용 새틀라이트 디스크는 잔류 산소가 1% 미만인 질화알루미늄(AlN) 소결체로 이루어진다.
일 실시예에 따른 상기 질화알루미늄(AlN) 소결체는 불순물을 6% 미만 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 상기 질화알루미늄(AlN) 소결체는 부착 산소를 제외한 불순물을 0.1% 미만 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 질화알루미늄(AlN) 소결체는 상기 반도체층을 형성하는 온도에서 그 중심 영역과 에지 영역의 온도 편차가 10℃ 이하가 되는 열전도도를 가질 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 질화알루미늄(AlN) 소결체는 300MPa 이상의 강도를 가질 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 기판에 반도체층을 형성하기 위한 반응 공간을 제공하는 반응 챔버의 내부에 상기 기판을 수용하기 위한 수용홈을 가지면서 상기 기판을 지지하는 서셉터 상에 장착되는 화학기상증착 장치용 새틀라이트 디스크를 제조하는 방법은 질화알루미늄(AlN) 분말을 준비하는 단계, 내부에 폐쇄된 성형 공간을 갖도록 제작된 지그에 상기 준비한 질화알루미늄(AlN) 분말을 채우는 단계, 상기 질화알루미늄(AlN) 분말이 채워진 지그를 가열로에 넣고 소결하여 질화알루미늄(AlN) 소결체를 형성하는 단계 및 상기 질화알루미늄(AlN) 소결체를 상기 지그로부터 분리하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른 상기 가열로에 넣고 소결하는 단계에서는 1800 내지 1900℃에서 소결할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 지그는 질화붕소(BN) 재질로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 질화알루미늄(AlN) 분말은 하기 식 1에 따른 화학 반응식에 따라 열탄소 환원 질화법을 통하여 준비될 수 있다.
[식 1]
Figure pat00001
일 실시예에 따른 상기 열탄소 환원 질화법으로 준비된 질화알루미늄(AlN) 분말은 불순물을 6% 미만 포함할 수 있다.
이러한 화학기상증착 장치용 새틀라이트 디스크 및 이의 제조 방법에 따르면, 기판에 반도체층을 형성하기 위한 화학기상증착 장치에서 상기 반도체층의 형성을 위한 반응 공간을 제공하는 반응 챔버 내부에 상기 기판을 수용하기 위한 수용홈을 가지면서 상기 기판을 지지하는 서셉터 상에 장착되는 새틀라이트 디스크가 질화알루미늄(AlN) 소결체로 이루어짐으로써, 기본적으로 상기 질화알루미늄(AlN)의 재질 특성 상 기계적 강도가 우수하여 기대 수명을 연장할 수 있을 뿐만 아니라, 단일 소재로 이루어져 있어 배경기술에서와 같이 열팽창 계수가 다른 이종 물질에 의해 상기 기판을 오염시키는 불순물의 발생을 방지할 수 있다. 특히, 상기 새틀라이트 디스크 또는 상기 기판을 상기 서셉터에 로딩하거나 언로딩할 때 일부 물리적인 컨택이 발생되어도 상기 새틀라이트 디스크가 단일 소재이면서 기계적 강도가 우수한 질화알루미늄(AlN)으로 이루어져 있기 때문에, 상기 기판을 오염시킬 수 있는 불순물의 발생을 더욱 방지할 수 있다.
이와 같이, 상기 기판을 오염시킬 수 있는 불순물의 발생이 방지됨에 따라, 상기 기판에 상기 반도체층이 안정적으로 증착되도록 함으로써, 이를 통해 제조되는 전자 소자의 품질에 대한 신뢰성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 또한 상기 새틀라이트 디스크의 기대 수명을 연장함에 따라 이의 교체 작업 빈도를 줄임으로써, 생산성 향상 효과도 추가로 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상증착 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 화학기상증착 장치의 새틀라이트 디스크를 제조하는 방법을 순서적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2를 통하여 제조된 새틀라이트 디스크에 기판이 수용된 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착 장치용 새틀라이트 디스크 및 이의 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상증착 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상증착 장치(100)는 반응 챔버(200), 서셉터(300) 및 히터(400)를 기본적으로 포함한다.
반응 챔버(200)는 반도체 소자 또는 LED 소자 등의 전자 소자를 제조하기 위한 웨이퍼와 같은 피증착체인 기판(10)에 반도체층(미도시)을 형성하기 위한 반응 공간을 제공한다. 구체적으로, 반응 챔버(200)의 내부를 진공 상태로 유지한 상태에서, 반응 챔버(200) 내부로 증기압이 높은 반응 가스(RG)와 유동 가스(FG)를 공급하면서 기판(10)을 가열하면, 상기 반도체층이 기판(10)에 박막 형태로 성장하면서 증착된다. 이때, 반응 가스(RG)에 금속 유기 화합물이 포함될 수 있는데, 이러한 화학기상증착 장치(100)를 통상적으로 금속유기화학기상증착(MOCVD) 장치로 명칭하고 있다. 여기서, 반응 가스(RG)는 일 예로, 트리메틸알루미늄(trimethylaluminum; TMAl) 가스, 트리메틸갈륨(trimethylgallium; TMGa) 가스 또는 트리메틸인듐(trimethylindium; TMIn) 가스를 포함할 수 있고, 유동 가스(FG)는 수소 가스(H2), 질소 가스(N2), 아르곤 가스(Ar) 또는 암모니아 가스(NH3)를 포함할 수 있다.
서셉터(300)는 반응 챔버(200)의 내부에 설치되어 기판(10)을 지지한다. 이에, 서셉터(300)는 기판(10)을 실질적으로 지지하는 제1 지지부(310) 및 반응 챔버(200)의 바닥으로부터 제1 지지부(310)를 지지하는 제2 지지부(320)를 포함할 수 있다.
히터(400)는 서셉터(300)의 제1 지지부(310) 하부에 설치된다. 히터(400)는 반응 챔버(200)의 내부에서 반응 가스(RG)와 유동 가스(FG)에 의해 기판(10)에 상기 반도체층이 형성될 수 있도록 기판(10)을 가열한다. 이때, 히터(400)는 제1 지지부(310)에 지지된 기판(10)을 위치에 따라 균일하게 가열할 수 있도록 평면적으로 균일하게 설치되는 것이 바람직하다.
한편, 화학기상증착 장치(100)는 상기와 같은 기본적인 구성 외에, 다수의 기판(10)들에 상기 반도체층을 한번에 형성하기 위하여 서셉터(300)의 제1 지지부(310) 상에 장착되는 다수의 새틀라이트 디스크(500)들을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 서셉터(300)는 제1 지지부(310) 상에 방사 형태로 형성된 다수의 포켓(312)들을 포함하고, 새틀라이트 디스크(500)들은 각각 기판(10)을 수용하는 수용홈(510)을 가지면서 포켓(312)들 각각에 장착된 구조를 가질 수 있다. 이때, 새틀라이트 디스크(500)들 각각은 기판(10)에 상기 반도체층이 균일하게 증착되도록 포켓(312)들 각각에 회전 가능하게 장착될 수 있으며, 또한 서셉터(300)도 상기 반도체층의 균일한 증착을 위하여 제1 지지부(310)를 지지하는 제2 지지부(320)가 회전하도록 구성될 수 있다.
이러한 새틀라이트 디스크(500)는 기판(10)을 직접 수용하고 있기 때문에, 기판(10)에 상기 반도체층을 형성하는 도중에 기판(10)을 오염시킬 수 있는 불순물이 발생되지 않도록 하는 것은 그 무엇보다 중요하다.
또한, 새틀라이트 디스크(500)는 상기 반도체층이 원활하게 형성되도록 히터(400)로부터의 열을 기판(10)에 잘 전달하는 것도 매우 중요하다. 예를 들어, 기판(10)에 반도체 물질 중 하나인 질화갈륨(GaN)을 박막 형태로 증착하고자 할 경우, 상기 질화갈륨(GaN) 증착은 비정질의 저온 질화갈륨(GaN) 버퍼층을 단결정화한 후 이 버퍼층 상에 질화갈륨(GaN)층을 성장시키는 과정으로 진행되는데, 이때 우수한 질화갈륨(GaN)층의 성장을 위하여 약 550 내지 1000℃ 의 온도로 대략 10분 이내에 급격하게 상승시켜야 하므로, 상기에서와 같이 새틀라이트 디스크(500)의 열전도도에 대한 중요성을 확인할 수 있다.
이에, 새틀라이트 디스크(500)는 기본적으로 기계적 강도가 우수하면서 열전도도가 다른 세라믹 재질에 비해서 매우 우수한 단일 소재인 질화알루미늄(AlN) 소결체로 이루어질 수 있다.
이하, 하기의 표 1을 참조하여 상기의 질화알루미늄(AlN) 소결체의 기본적으로 특성에 대하여 배경기술에서 설명한 그라파이트(graphite) 소재와 비교하여 상세하게 설명하고자 한다.
특성 측정 기구 단위 그라파이트
(graphite)		 질화알루미늄
(AlN)
열팽창계수(500℃) Netzsch DIL 402C 10-6/K 5.3 4.7
열전도도(25℃) KS L 1604 W/mㅇK 90 186
강도 KS L 1603 MPa 60 320
상기 표 1을 참조하면, Nstzsch DIL 402C의 측정 기구를 이용하여 약 500℃에서의 그라파이트(graphite) 소재와 질화알루미늄(AlN) 소결체의 열팽창 계수를 분석한 결과, 본 발명의 질화알루미늄(AlN) 소결체가 그라파이트(graphite) 소재보다 0.6 10-6/K 정도 작게 분석되어 반응 챔버(200) 내에서의 급격한 온도 변화에 따른 열변형률이 그라파이트(graphite) 소재보다 낮음을 확인할 수 있었다.
또한, KS L 1604의 측정 기구를 이용하여 약 25℃에서의 그라파이트(graphite) 소재와 질화알루미늄(AlN) 소결체의 열전도도를 분석할 결과, 본 발명의 질화알루미늄(AlN) 소결체가 그라파이트(graphite) 소재보다 약 두배인 96 W/mㅇK 정도 높게 분석되어 히터(400)로부터의 열을 그라파이트(graphite) 소재보다 기판(10)으로 현저하게 잘 전달할 수 있음을 확인할 수 있었다.
또한, KS L 1603의 측정 기구를 이용하여 그라파이트(graphite) 소재와 질화알루미늄(AlN) 소결체의 기계적 강도를 분석할 결과, 본 발명의 질화알루미늄(AlN) 소결체가 그라파이트(graphite) 소재보다 약 다섯배인 320MPa정도 강하게 분석되어 반응 챔버(200) 내에서 기판(10)을 오염시킬 수 불순물이 일부 물리적인 컨택에 의해서 발생될 수 있는 가능성을 감소시킬 수 있다. 이에, 상기 질화알루미늄(AlN) 소결체는 기본적으로, 상기의 320MPa 이상, 적어도 300MPa 이상의 강도는 가져야 상기의 불순물이 발생될 가능성을 현저하게 낮출 수 있다.
한편, 본 발명의 질화알루미늄(AlN) 소결체는 상기의 기판(10)을 오염시킬 수 있는 불순물이 발생될 가능성을 거의 배제시키기 위하여 하기의 표 2에 나타난 순도 94% 이상의 고순도가 사용될 수 있다.
성분 단위 비율
AlN % ≥94.0
AlN+O(부착 산소) % ≥99.0
O(잔류 산소) % ≤1.0
C(탄소) % ≤0.001
기타
(Ca(칼슘), Si(규소), Fe(철))		 % ≤0.001
상기 표 2를 참조하면, 본 발명의 질화알루미늄(AlN) 소결체로써 불순물이 약 6% 미만인 순도 94% 이상을 사용하게 되면, 상기에서 설명한 기계적 강도에 부합하여 기판(10)을 오염시킬 수 있는 불순물의 함량도 매우 낮아, 이에 따른 기판(10) 오염 가능성을 거의 배제시킬 수 있다. 특히, 상기 표 2에서와 같이 질화알루미늄(AlN) 소결체에 부착된 부착 산소를 제외한 불순물, 구체적으로 잔류 산소가 약 1% 미만일 경우에는, 기판(10)을 오염시킬 수 있는 불순물의 발생이 없다고 보아도 무방할 수 있을 뿐만 아니라, 이 잔류 산소로 인해서 상기 질화알루미늄(AlN)의 열전도도가 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
이하, 상기에서 설명한 질화알루미늄(AlN) 소결체로 이루어진 새틀라이트 디스크(500)를 제조하는 방법에 대해서 도 2를 추가적으로 참조하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 도 1에 도시된 화학기상증착 장치의 새틀라이트 디스크를 제조하는 방법을 순서적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 추가적으로 참조하면, 새틀라이트 디스크(500)를 제조하기 위하여, 우선 질화알루미늄(AlN) 분말을 준비한다(S100).
이때, 상기 질화알루미늄(AlN) 분말은 상기의 표 2에서와 같이 순도 94% 이상의 고순도의 질화알루미늄(AlN) 소결체를 수득하기 위하여 하기 식 1에 따른 열탄소 환원 질화법을 통하여 준비될 수 있다.
[식 1]
Figure pat00002
상기 식 1을 살펴보면, 알루미나(Al2O3)에 탄소(C)와 질소(N)를 적당한 비율로 반응시키면 알루미나(Al2O3)로부터 자체 내의 산소(O)가 탄소(C)에 의해 환원되면서 남아 있는 알루미늄(Al)에 질소(N)가 결합하여 불순물이 약 6% 미만인 순도 94% 이상의 고순도 질화알루미늄(AlN) 분말을 수득할 수 있다.
이어서, 내부에 폐쇄된 성형 공간을 갖도록 제작된 지그에 상기에서 준비한 질화알루미늄(AlN) 분말을 채운다(S200). 여기서, 상기 성형 공간은 실질적으로 기판(10)을 수용하는 수용홈(510)을 갖는 새틀라이트 디스크(500)의 외형과 동일한 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 지그는 이후의 소결 공정에서의 내구성을 확보하기 위하여 질화붕소(BN) 재질로 이루어질 수 있다.
이어서, 상기 질화알루미늄(AlN) 분말이 채워진 지그를 가열로에 놓고 소결하여 질화알루미늄(AlN) 소결체를 형성한다(S300). 이때, 상기 지그의 성형 공간에 채워진 질화알루미늄(AlN) 분말을 약 1800℃ 미만에서 소결하고자 할 경우에는 원활한 소결을 위하여 이트리아(Y2O3)와 같은 소결 조제가 필요하므로 바람직하지 않고, 약 1900℃를 초과하여 소결하고자 할 경우에는 이 온도를 유지하기 위한 에너지가 낭비되므로 바람직하지 않다. 따라서, 본 S300 단계에서는 상기 성형 공간에 채워진 질화알루미늄(AlN) 분말을 약 1800 내지 1900℃에서 소결하는 것이 바람직하다. 아울러, 본 S300 단계에서는 약 1850℃의 온도로 소결하는 것이 바람직하다.
특히, 본 S300 단계에서 상기 지그의 성형 공간에 채워진 질화알루미늄(AlN) 분말을 약 1800℃ 미만에서 소결하고자 이트리아(Y2O3)를 소결 조제로 사용할 경우에는 이 이트리아(Y2O3)가 반응 챔버(200)에서 상기 반도체층을 형성하기 위해 기판(10)을 가열하는 열로 인하여 상기 질화알루미늄(AlN) 소결체로부터 증발됨으로써, 기판(10)을 오염시킬 수 있을 뿐만 아니라, 소결 공정 시 2차 상의 불균일한 분포 또는 비정상적인 생성으로 인하여 새틀라이트 디스크(500)의 국부적인 열전도도 편차를 발생시킬 수 있음에 따라, 본 S300 단계에서 약 1800℃ 이상의 온도에서 소결하는 것은 무엇보다 중요한 의미를 가질 수 있다.
이어서, 상기 질화알루미늄(AlN) 소결체를 상기 지그로부터 분리하여 새틀라이트 디스크(500)를 제조한다(S400). 이렇게 제조된 새틀라이트 디스크(500)는 기본적으로 상기 표 1의 설명에서와 기본적으로 우수한 열전도도를 가지지만, 이는 약 25℃에서 측정한 분석으로써 본 발명의 화학기상증착 장치(100)의 상기 반도체층을 형성하기 위한 반응 온도인 약 550 내지 1000℃와는 현저한 차이를 가지므로, 이하 도 3을 추가적으로 참조하여 본 발명의 매우 중요한 요소인 열전도도에 대하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 3은 도 2를 통하여 제조된 새틀라이트 디스크에 기판이 수용된 상태를 나타낸 도면이다.
도 3을 추가적으로 참조하면, 본 발명의 새틀라이트 디스크(500)를 이루는 질화알루미늄(AlN) 소결체는 상기 반도체층을 형성하기 위한 반응 온도인 약 550 내지 1000℃에서 그 중심 영역(CA)과 에지 영역(EA)의 온도 편차가 약 10℃를 초과할 경우에는 실질적으로 상기 반도체층이 기판(10)에 균일하게 형성되지 못하므로, 상기 중심 영역(CA)과 에지 영역(EA)의 온도 편차가 약 10℃ 이하가 되도록 하는 열전도도를 갖는 것이 바람직하다.
이에, 본 발명의 도 2를 참조한 방법에 따라 제조된 새틀라이트 디스크(500)의 수용홈(510)에 기판(10)을 수용시킨 다음, 그 중심 영역(CA)을 중점으로 열을 550℃ 및 600℃온도로 가열하여 상기 중심 영역(CA) 8곳(1~8)과 에지 영역(EA) 8곳(9~16)에서의 온도를 측정한 결과 하기의 표 3에서와 같이 나타났다.
설정온도 측정 온도 최대
온도 편차
중심 영역(CA) 에지 영역(EA)
최대 온도 최저 온도 최대 온도 최저 온도
550℃ 507.60℃ 505.4 505.6 501.55℃ 6.05℃
600℃ 525.65℃ 525.5 519.8 517.85℃ 7.80℃
상기 표 3을 참조하면, 본 발명에 의해서 제조된 새틀라이트 디스크(500)는 그 수용홈(510)에 기판(10)을 수용시킨 상태에서 550℃ 온도로 가열할 경우에는 상기 중심 영역(CA)과 에지 영역(EA) 사이에서 약 6.05℃의 최대 온도 편차가, 600℃ 온도로 가열할 경우에는 약 7.80℃의 최대 온도 편차가 측정되어 상기에서 설명한 약 10℃의 온도 편차에 만족함을 확인할 수 있었다.
따라서, 새틀라이트 디스크(500)가 단일 소재인 고순도의 질화알루미늄(AlN) 소결체로 이루어짐으로써, 기본적으로 상기 질화알루미늄(AlN)의 재질 특성 상 기계적 강도가 우수하여 기대 수명을 연장할 수 있을 뿐만 아니라, 단일 소재로 이루어져 있어 배경기술에서와 같이 열팽창 계수가 다른 이종 물질에 의해 상기 기판(10)을 오염시킬 수 있는 불순물의 발생을 방지할 수 있다. 특히, 새틀라이트 디스크(500) 또는 기판(10)을 서셉터(300)에 로딩하거나 언로딩할 때 일부 물리적인 컨택이 발생되어도 새틀라이트 디스크(500)가 단일 소재이면서 기계적 강도가 우수한 고순도의 질화알루미늄(AlN)으로 이루어져 있기 때문에, 상기 기판(10)을 오염시킬 수 있는 불순물의 발생을 더욱 방지할 수 있다.
이와 같이, 상기 기판(10)을 오염시킬 수 있는 불순물의 발생이 방지됨에 따라, 기판(10)에 상기 반도체층이 안정적으로 증착되도록 함으로써, 이를 통해 제조되는 전자 소자의 품질에 대한 신뢰성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 또한 새틀라이트 디스크(500)의 기대 수명을 연장, 예컨대 약 1년 정도로 연장할 수 있음에 따라 이의 교체 작업 빈도를 줄임으로써, 생산성 향상 효과도 추가로 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 의해서 제조된 새틀라이트 디스크(500)는 그 중심 영역(CA)과 에지 영역(EA) 사이에서의 최대 온도 편차가 550℃ 이상에서 약 10℃ 미만으로 매우 우수하기 때문에, 이의 수용홈(510)에 수용된 기판(10)을 균일하게 가열시켜 상기 반도체층을 균일하게 형성시킬 수 있다. 이는, 이로부터 제조된 전자 소자의 성능이 저하되는 방지할 뿐만 아니라, 오히려 그 성능을 향상시키는 효과도 기대할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이, 화학기상증착 장치에서 웨이퍼와 같은 기판을 수용하는 수용홈을 갖는 새틀라이트 디스크를 단일 소재인 고순도의 질화알루미늄(AlN) 소결체로 제조함으로써, 상기 기판을 오염시킬 수 있는 불순물이 발생되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 기계적 강도와 열전도도를 통해서 수명 연장 및 상기 기판 상의 균일한 반도체층 형성에 효율적으로 활용될 수 있다.
10 : 기판 100 : 화학기상증착 장치
200 : 반응 챔버 300 : 서셉터
310 : 제1 지지부 312 : 포켓
320 : 제2 지지부 400 : 히터
500 : 새틀라이트 디스크 510 : 수용홈

Claims (9)

  1. 기판에 반도체층을 형성하기 위한 반응 공간을 제공하는 반응 챔버의 내부에 상기 기판을 수용하기 위한 수용홈을 가지면서 상기 기판을 지지하는 서셉터 상에 장착되는 화학기상증착 장치용 새틀라이트 디스크에 있어서,
    잔류 산소가 1% 미만인 질화알루미늄(AlN) 소결체로 이루어진 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장치용 새틀라이트 디스크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 질화알루미늄(AlN) 소결체는 불순물을 6% 미만 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장치용 새틀라이트 디스크.
  3. 제1항에 있어서, 상기 질화알루미늄(AlN) 소결체는 상기 반도체층을 형성하는 온도에서 그 중심 영역과 에지 영역의 온도 편차가 10℃ 이하가 되는 열전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장치용 새틀라이트 디스크.
  4. 제1항에 있어서, 상기 질화알루미늄(AlN) 소결체는 300MPa 이상의 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장치용 새틀라이트 디스크.
  5. 기판에 반도체층을 형성하기 위한 반응 공간을 제공하는 반응 챔버의 내부에 상기 기판을 수용하기 위한 수용홈을 가지면서 상기 기판을 지지하는 서셉터 상에 장착되는 화학기상증착 장치용 새틀라이트 디스크를 제조하는 방법에 있어서,
    질화알루미늄(AlN) 분말을 준비하는 단계;
    내부에 폐쇄된 성형 공간을 갖도록 제작된 지그에 상기 준비한 질화알루미늄(AlN) 분말을 채우는 단계;
    상기 질화알루미늄(AlN) 분말이 채워진 지그를 가열로에 넣고 소결하여 질화알루미늄(AlN) 소결체를 형성하는 단계; 및
    상기 질화알루미늄(AlN) 소결체를 상기 지그로부터 분리하는 단계를 포함하는 화학기상증착 장치용 새틀라이트 디스크를 제조하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 가열로에 넣고 소결하는 단계에서는 1800 내지 1900℃에서 소결하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장치용 새틀라이트 디스크를 제조하는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 지그는 질화붕소(BN) 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장치용 새틀라이트 디스크를 제조하는 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 질화알루미늄(AlN) 분말은 하기 식 1에 따른 열탄소 환원 질화법을 통하여 준비되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장치용 새틀라이트 디스크를 제조하는 방법.
    [식 1]
    Figure pat00003
  9. 제8항에 있어서, 상기 열탄소 환원 질화법으로 준비된 질화알루미늄(AlN) 분말은 불순물을 6% 미만 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착 장치용 새틀라이트 디스크를 제조하는 방법.
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