KR101336489B1 - 화학 기상 증착 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하나 또는 그 이상의 소재를 형성하는 시스템 및 방법으로, 이 시스템은 중심 축 주변을 회전하도록 형성된 서스셉터 콤포넌트, 및 상기 서스셉터 콤포넌트 위에 위치되고 그리고 서스셉터 콤포넌트와 직접 접촉되지 않는 샤워헤드 콤포넌트를 포함한다. 부가적으로, 이 시스템은 상기 서스셉터 콤포넌트 상에 위치되고 그리고 중심 축 주변을 회전하고 그리고 또한 상응하는 홀더 축 주변을 각각 회전하는 하나 또는 그 이상의 기판 홀더, 및 센트럴 콤포넌트를 포함한다. 더욱이, 이 시스템은 센트럴 콤포넌트 내에 형성된 하나 또는 그 이상의 제일 유입구, 하나 또는 그 이상의 제이 유입구, 및 샤워헤드 콤포넌트 내에 형성되고 그리고 하나 또는 그 이상의 제이 유입구보다도 센트럴 콤포넌트로부터 더 멀리 떨어져 위치된 하나 또는 그 이상의 제삼 유입구를 포함한다.
Description
본 발명은 반도체 소재를 형성하는 방법 및 시스템에 대한 것이다. 보다 자세하게는 본 발명은 반도체 소재를 형성하는 반응 시스템 및 관련 방법을 제공한다. 단지 일예에 의하면, 본 발명은 III-질화물 소재를 형성하는데 적용되어 진다. 그러나, 본 발명은 보다 광범위한 범위의 적용성을 가진다고 인식되어 진다.
유기금속화학기상증착(MOCVD)은 알루미늄 질화물, 갈륨 질화물 및/또는 인듐 질화물과 같은 III-질화물 소재의 에피텍시얼 층을 형성하기 위해 광범위하게 사용되어 져 왔다. MOCVD 시스템은 주로 사용이 용이하고 그리고 대량 생산에 적합하다. 통상적으로, 하나 또는 그 이상의 III-군 유기금속(MO) 가스 및 하나 또는 그 이상의 V-군 가스들이 III-질화물 소재를 형성하기 위해 사용되어 진다. 예를 들어, 하나 또는 그 이상의 III-군 MO 가스들은 TMG(예를 들어, TMGa, 트리메틸갈륨, 및/또는 (CH3)3Ga)), TMA(예를 들어, 트리메틸알루미늄 및/또는 (CH3)3Al)), 및/또는 TMI(예를 들어, 트리메틸인듐 및/또는 ((CH3)3In))를 포함한다. 또 다른 예에서, 하나 또는 그 이상의 V-군 가스들은 암모니아(예컨대, NH3)를 포함한다.
암모니아 가스는 주로 질소 원자를 공급하기 위해 사용되어 지지만, 그러나 암모니아의 해리 효율성은 온도에 의존한다. 암모니아의 온도가 높을수록, 그의 해리 효율성은 높아지게 된다. 예를 들어, 800℃에서, 암모니아의 해리 효율성은 단지 약 10%이지만, 900℃에서는, 암모니아의 해리 효율성은 약 약 20%로 상승한다. 반대로, III-군 MO 가스들은 통상적으로 약 300 - 400℃와 같은 아주 낮은 온도에서 해리를 시작한다.
암모니아 가스 및 III-군 MO 가스가 해리한 후, 고체의 III-질화물 소재가 형성되어 질 수 있다. 가스의 가열과 가스의 전이를 매치하는 것이 주로 중요하고 그래서 III-질화물 소재는 너무 일찍 또는 너무 늦게 형성되지 않는다. 예를 들어, III-질화물 소재는 MOCVD 시스템의 다양한 구성성분들의 표면 상에 증착되지 않아야하거나 또는 다른 부산물로 MOCVD 시스템이 해제되어 져야 한다. 실제로, III-질화물 소재는 바람직하기로는 통상적으로 세정 비용을 낮추고 그리고 반응 물질의 소비를 줄이기 위해 기판 표면(예를 들어, 웨이퍼 표면) 상에 형성되어 진다.
부가적으로, 다른 III-질화물 소재(예를 들어, 갈륨 질화물 및 인듐 질화물)에 대해, 에피텍시얼 층을 형성하기 위한 이들의 성장 조건은 유의적으로 다를 수 있다. 예를 들어, 갈륨 질화물에 대한 성장 온도는 1000℃ 이상으로 되는 것이 바람직하고 그리고 인듐 질화물에 대한 성장 온도는 650℃ 아래로 되는 것이 바람직하다. 다른 예에 있어서, 인듐-갈륨 질화물을 형성하기 위해, 성장 온도는 인듐 및 질소 원자 사이의 해리를 줄이기 위해 인듐 질화물에 대해 낮은 바람직한 온도로 제한되어 진다. 그러나, 낮은 성장 온도에서, 화학 반응을 위해 충분한 질소 원자를 제공하기 위해 많은 양의 암모니아가 공급되어 지는 것을 주로 필요로 한다. 통상적으로, 인듐 질화물을 성장하기 위한 질소 소모는 갈륨 질화물 또는 알루미늄 질화물을 성장하기 위한 질소 소모보다 수배 이상이다. 질소 원자의 공급은 또한 암모니아의 부분압을 상승함에 의해 고양되어 질 수 있지만, 그러나 이런 높은 부분압은 에피텍시얼 층을 덜 일정하게 만들 수 있고 그리고 조성 비용을 증가할 수 있다.
따라서, III-질화물 소재를 형성하기 위한 기술을 개선하는 것이 아주 바람직하다.
본 발명은 반도체 소재를 형성하는 방법 및 시스템에 대한 것이다. 보다 자세하게는 본 발명은 반도체 소재를 형성하는 반응 시스템 및 관련 방법을 제공한다. 단지 하나의 예에 의하면, 본 발명은 III-질화물 소재를 형성하는데 적용되어 진다. 그러나, 본 발명은 보다 광범위한 범위의 적용성을 가진다고 인식되어 진다.
일 실시형태에 따르면, 하나 또는 그 이상의 소재를 형성하기 위한 시스템은 중심 축 주변을 회전하도록 구성된 서스셉터 콤포넌트 및 상기 서스셉터 콤포넌트 위에 위치되고 그리고 서스셉터 콤포넌트와 직접 접촉되지 않는 샤워헤드 콤포넌트를 포함한다. 부가적으로, 이 시스템은 상기 서스셉터 콤포넌트 상에 위치되고 그리고 중심 축 주변을 회전하고 그리고 또한 상응하는 홀더 축 주변을 각각 회전하는 하나 또는 그 이상의 기판 홀더 및 센트럴 콤포넌트를 포함한다. 더욱이, 이 시스템은 상기 센트럴 콤포넌트 내에 형성된 하나 또는 그 이상의 제일 유입구, 하나 또는 그 이상의 제이 유입구, 및 샤워헤드 콤포넌트 내에 형성되고 그리고 상기 하나 또는 그 이상의 제이 유입구보다도 센트럴 콤포넌트로부터 멀리 떨어져 위치된 하나 또는 그 이상의 제삼 유입구를 포함한다. 하나 또는 그 이상의 제일 유입구는 더욱이 센트럴 콤포넌트로부터 멀리 떨어져 흐르도록 각각 하나 또는 그 이상의 제일 흐름비로 하나 또는 그 이상의 제일 가스들을 제공하도록 형상되어 지고, 그리고 하나 또는 그 이상의 제이 유입구는 각각 하나 또는 그 이상의 제이 흐름비로 하나 또는 그 이상의 제이 가스들을 제공하도록 형상되어 지고, 그리고 상기 하나 또는 그 이상의 제삼 유입구는 서스셉터 콤포넌트를 향하여 샤워헤드 콤포넌트로부터 멀리 떨어져 흐르도록 각각 하나 또는 그 이상의 제삼 흐름비로 하나 또는 그 이상의 제삼 가스들을 제공하도록 형상되어 진다. 상기 시스템은 더욱이 하나 또는 그 이상의 제삼 흐름비를 조정하는 것과는 별개로 하나 또는 그 이상의 제이 흐름비를 조절하도록 형상되어 진다.
다른 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 III-질화물 소재를 위한 적어도 하나의 성장 비율을 조정하는 방법은 적어도 하나의 III-질화물 소재를 형성하기 위한 시스템을 제공하는 것을 포함한다. 이 시스템은 센트럴 콤포넌트, 서스셉터 콤포넌트, 및 샤워헤드 콤포넌트를 포함한다. 상기 샤워헤드 콤포넌트는 서스셉터 콤포넌트 위에 위치되어 지고 그리고 서스셉터 콤포넌트와 직접 접촉하지 않는다. 이 시스템은 더욱이 상기 센트럴 콤포넌트 내에 형성된 하나 또는 그 이상의 제일 유입구, 하나 또는 그 이상의 제이 유입구, 및 샤워헤드 콤포넌트 내에 형성되고 그리고 하나 또는 그 이상의 제이 유입구보다도 센트럴 콤포넌트로부터 더 멀리 떨어져 위치된 하나 또는 그 이상의 제삼 유입구를 포함한다. 부가적으로, 이 방법은 하나 또는 그 이상의 제일 유입구, 하나 또는 그 이상의 제이 유입구, 및 하나 또는 그 이상의 제삼 유입구의 하나 또는 그 이상에 대한 암모니아 가스의 하나 또는 그 이상의 암모니아의 흐름 비를 선택하는 것과, 하나 또는 그 이상의 제이 유입구를 통해 III-군 유기금속 가스에 대한 제일 흐름 비 및 하나 또는 그 이상의 제삼 유입구를 통해 III-군 유기금속 가스에 대한 제이 흐름 비를 선택하는 것을 포함하고, 제일 흐름 비 및 제이 흐름 비의 합계는 제삼 흐름 비와 동등하게 된다. 더욱이, 이 방법은 만일 III-군 유기금속 가스가 하나 또는 그 이상의 암모니아 흐름 비와 연계된 최소한의 정보에 기초한 제일 흐름 비로 단지 하나 또는 그 이상의 제이 유입구를 통해 흐른다면 위치의 제일 작용으로서 III-질화물 소재의 제일 성장 비를 결정하는 것과, 만일 III-군 유기금속 가스가 하나 또는 그 이상의 암모니아 흐름 비와 연계된 최소한의 정보에 기초한 제이 흐름 비로 단지 하나 또는 그 이상의 제삼 유입구를 통해 흐른다면 위치의 제이 작용으로서 III-질화물 소재의 제이 성장 비를 결정하는 것을 포함한다. 또한, 이 방법은 제일 성장 비 및 제이 성장 비를 더함에 의해 위치의 제삼 작용으로서 III-질화물 소재의 제삼 성장 비를 결정하는 것을 포함하고, 제삼 성장 비는 하나 또는 그 이상의 제이 유입구를 통한 제일 흐름 비 및 하나 또는 그 이상의 제삼 유입구를 통한 제이 흐름 비에 상응한다.
더욱이 또 다른 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 III-질화물 소재에 대한 적어도 하나의 성장 비를 조정하기 위한 방법은 적어도 하나의 III-질화물 소재를 형성하는 시스템을 제공하는 것을 포함한다. 이 시스템은 센트럴 콤포넌트, 서스셉터 콤포넌트, 샤워헤드 콤포넌트, 그리고 상기 서스셉터 콤포넌트 상에 하나 또는 그 이상의 기판 홀더를 포함한다. 샤워헤드 콤포넌트는 서스셉터 콤포넌트 상에 위치되어 지고 서스셉터 콤포넌트와 직접 접촉하지 않는다. 이 시스템은 센트럴 콤포넌트 내에 형성된 하나 또는 그 이상의 제일 유입구, 하나 또는 그 이상의 제이 유입구, 및 샤워헤드 콤포넌트 내에 형성되고 그리고 하나 또는 그 이상의 제이 유입구보다 센트럴 콤포넌트로부터 더 머리 떨어져 위치된 하나 또는 그 이상의 제삼 유입구를 더 포함한다. 부가적으로, 이 방법은 하나 또는 그 이상의 제일 유입구, 하나 또는 그 이상의 제이 유입구, 및 하나 또는 그 이상의 제삼 유입구의 하나 또는 그 이상에 대한 암모니아 가스의 하나 또는 그 이상의 암모니아의 흐름 비를 선택하는 것과, 만일 III-군 유기금속 가스가 하나 또는 그 이상의 암모니아 흐름 비와 연계된 최소한의 정보에 기초한 제일 흐름 비로 단지 하나 또는 그 이상의 제이 유입구를 통해 흐른다면 위치의 제일 작용으로서 III-질화물 소재의 제일 성장 비를 결정하는 것과, 만일 III-군 유기금속 가스가 하나 또는 그 이상의 암모니아 흐름 비와 연계된 최소한의 정보에 기초한 제일 흐름 비로 단지 하나 또는 그 이상의 제삼 유입구를 통해 흐른다면 위치의 제이 작용으로서 III-질화물 소재의 제이 성장 비를 결정하는 것을 포함한다. 더욱이, 이 방법은 하나 또는 그 이상의 제이 유입구를 통해 III-군 유기금속 가스에 대한 제이 흐름 비와 하나 또는 그 이상의 제삼 유입구를 통한 III-군 유기금속 가스에 대한 제삼 흐름 비를 선택하는 것, 여기서 제이 흐름 비와 제삼 흐름 비의 합은 제일 흐름 비와 같음, 그리고 제이 흐름 비 및 제삼 흐름 비와 연계된 최소한의 정보에 기초한 제일 성장 비 및 제이 성장 비의 계량 부가에 의해 위치의 제삼 작용으로 III-질화물 소재의 제삼 성장 비를 결정하는 것을 포함한다.
종래의 기술에 대해 많은 이점들이 본 발명의 방식에 의해 달성된다. 본 발명의 어떤 실시형태는 하나 또는 그 이상의 가스 소재의 감소된 소모를 갖는 화학 기상 증착(CVD)용 반응 시스템을 제공한다. 예를 들어, 이 반응 시스템을 사용하면, 유기금속 화학 기상 증착(MOCVD)은 암모니아의 감소된 소모로 수행되어 진다. 본 발명의 몇몇 실시형태는 비용을 줄일 수 있고 그리고 MOCVD 공정의 수행성을 개선할 수 있는 III-군 질화물 형성(예를 들어, 알루미늄 질화물, 갈륨 질화물, 및/또는 인듐 질화물)을 위한 반응 시스템을 제공한다.
실시형태에 의하여, 하나 또는 그 이상의 이들 이점이 달성되어 질 수 있다. 본 발명의 이들 이점 및 다양한 부가적인 목적, 특징 및 강점은 다음의 발명의 상세한 설명과 첨부 도면을 참고로 하여 완전하게 인식되어 질 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 다양한 이점을 갖는 반도체 소재를 형성하는 방법 및 시스템을 제공한다.
도 1(A) 및 (B)는 본 발명의 실시형태에 따른 하나 또는 그 이상의 III-질화물 소재를 형성하기 위한 반응 시스템을 나타내는 단순화된 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 반응 시스템을 사용하여 하나 또는 그 이상의 III-질화물 소재에 대한 하나 또는 그 이상의 성장 비의 하나 또는 그 이상의 분포를 조정하는 방법을 나타내는 단순화된 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 반응 시스템의 온도 분포를 나타내는 단순화된 다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따라 서스셉터 축 주위를 회전하지만 홀더 축 주위는 회전함이 없는 방사상 거리로 갈륨 질화물의 성장 비를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 따라 서스셉터 축 주위를 회전하고 또한 홀더 축 주위도 회전하는 방사상 거리로 갈륨 질화물의 성장 비를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따라 중첩에 의해 그리고 재계산에 의해 결정된 갈륨 질화물의 성장 비의 비교를 나타내는 단순화된 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 반응 시스템을 사용하여 하나 또는 그 이상의 III-질화물 소재에 대한 하나 또는 그 이상의 성장 비의 하나 또는 그 이상의 분포를 조정하는 방법을 나타내는 단순화된 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 반응 시스템의 온도 분포를 나타내는 단순화된 다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따라 서스셉터 축 주위를 회전하지만 홀더 축 주위는 회전함이 없는 방사상 거리로 갈륨 질화물의 성장 비를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 따라 서스셉터 축 주위를 회전하고 또한 홀더 축 주위도 회전하는 방사상 거리로 갈륨 질화물의 성장 비를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따라 중첩에 의해 그리고 재계산에 의해 결정된 갈륨 질화물의 성장 비의 비교를 나타내는 단순화된 다이어그램이다.
본 발명은 반도체 소재를 형성하는 방법 및 시스템에 대한 것이다. 보다 자세하게는, 본 발명은 반도체 소재를 형성하는 반응 시스템 및 관련 방법을 제공한다. 단지 하나의 예에 의하면, 본 발명은 III-질화물 소재를 형성하는데 적용되어 진다. 그러나, 본 발명은 보다 광범위한 범위의 적용성을 가진다고 인식되어 진다.
도 1(A) 및 (B)는 본 발명의 실시형태에 따른 하나 또는 그 이상의 III-질화물 소재를 형성하기 위한 반응 시스템을 나타내는 단순화된 다이어그램이다. 이들 다이어그램은 단지 예시로서, 청구항의 범위를 과도하게 제한하여서는 안된다. 이 기술 분야의 통상인은 많은 변형태, 대안적인 것 및 변경을 인식할 것이다. 예를 들어, 도 1(A)는 반응 시스템 100의 측면도를 나타내고, 그리고 도 1(B)는 반응 시스템 100의 평면도를 나타낸다. 다른 예에 있어서, 반응 시스템 100은 샤워헤드 콤포넌트 110, 서스셉터 120, 유입구 101, 102, 103 및 104, 하나 또는 그 이상의 기판 홀더 130, 하나 또는 그 이상의 가열 장치 124, 유출구 140, 및 센트럴 콤포넌트 150을 포함한다. 또 다른 예에 있어서, 센트럴 콤포넌트 150, 샤워헤드 콤포넌트 110, 서스셉터 120, 및 하나 또는 그 이상의 기판 홀더 130 (예를 들어, 서스셉터 120 상에 위치됨)은 유입구 101, 102, 103 및 104 그리고 유출구 140으로 반응 챔버 160을 형성한다. 또 다른 예에 있어서, 하나 또는 그 이상의 기판 홀더 130 각각은 하나 또는 그 이상의 기판 122 (예를 들어, 하나 또는 그 이상의 웨이퍼)를 담지하기 위해 사용된다.
비록 상기에서는 시스템 100에 대해 구성요소의 선택된 군을 사용하여 도시되여 졌지만, 많은 대안적인 것, 변경 및 변행태가 있을 수 있다. 예를 들어, 몇몇의 구성요소들은 확대되어 지거나 및/또는 조합되어 질 수 있다. 다른 구성요소들은 상기에 언급된 것들에 삽입되어 질 수 있다. 이 실시형태에 의하면, 구성 요소들의 배열은 대체되는 다른 것들로 상호변경되어 질 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 유입구 101은 센트럴 콤포넌트 150 내에 형성되어 지고 그리고 샤워헤드 콤포넌트 110의 표면 112에 실질적으로 평행한 방향으로 하나 또는 그 이상의 가스들을 제공하도록 형성되어 진다. 예를 들어, 하나 또는 그 이상의 가스들은 반응 챔버 160의 중심 근처에서 반응 챔버 160 안으로 흐르고(예를 들어, 위로 흐름), 그런 다음 반응 챔버 160의 중심으로부터 떨어져 방사상으로 바깥으로 유입구 101을 통해 흐른다. 다른 실시형태에 따르면, 유입구 102, 103 및 104는 샤워헤드 콤포넌트 110 내에 형성되고 그리고 표면 112에 실질적으로 평행한 방향으로 하나 또는 그 이상의 가스들을 제공하도록 형성되어 진다.
예를 들어, 표 1에 나타난 바와 같이 다양한 종류의 가스들이 유입구 101, 102, 103 및 104를 통하여 제공되어 진다.
| 유입구 | 101 | 102 | 103 | 104 |
| 가스 | NH3 | N2, H2, 및/또는 TMG |
N2, H2, 및/또는 NH3 | N2, H2, 및/또는 TMG |
일 실시형태에 있어서, 서스셉터 120은 서스셉터 축 128 (예를 들어, 중심 축) 주위를 회전하도록 형성되어 지고 그리고 하나 또는 그 이상의 기판 홀더 130 각각은 상응하는 홀더 축 126 주위를 회전하도록 형성되어 진다. 다른 실시형태에 있어서, 하나 또는 그 이상의 기판 홀더 130은 서스셉터 축 128 주위에서, 서스셉터 120과 같이 회전할 수 있고 그리고 또한 이들의 상응하는 홀더 축 126 주위에서 회전할 수 있다. 예를 들어, 동일한 기판 홀더 130 상에 하나 또는 그 이상의 기판 122는 동일한 홀더 축 126 주위를 회전할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 유입구 101, 102, 103 및 104, 그리고 유출구 140 각각은 서스셉터 축 128 주위에서 환형의 형상을 가진다. 다른 실시형태에 따르면, 하나 또는 그 이상의 기판 홀더 130(예를 들어, 여덟 개의 기판 홀더 130)은 서스셉터 축 128 주위에 배열되어 진다. 예를 들어, 각각의 하나 또는 그 이상의 기판 홀더 130은 수 개의 기판 122 (예를 들어, 일곱 개의 기판 122)을 담지한다.
도 1(A) 및 (B)에 도시된 바와 같이, 기호 A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, L, M, N, 및 O는 몇몇 실시형태에 따른 반응 시스템 100의 다양한 치수를 나타낸다. 일 실시형태에 있어서,
(1) A는 서스셉터 축 128과 유입구 102의 내측 엣지 사이의 거리를 나타낸다;
(2) B는 서스셉터 축 128과 유입구 103의 내측 엣지 사이의 거리를 나타낸다;
(3) C는 서스셉터 축 128과 유입구 104의 내측 엣지 사이의 거리를 나타낸다;
(4) D는 서스셉터 축 128과 유입구 104의 외측 엣지 사이의 거리를 나타낸다;
(5) E는 서스셉터 축 128과 유입구 101의 사이의 거리를 나타낸다;
(6) F는 서스셉터 축 128과 유출구 140의 내측 엣지 사이의 거리를 나타낸다;
(7) G는 서스셉터 축 128과 유출구 140의 외측 엣지 사이의 거리를 나타낸다;
(8) H는 샤워헤드 콤포넌트 110의 표면 112와 서스셉터 120 사이의 거리를 나타낸다;
(9) I는 유입구 101의 높이를 나타낸다;
(10) J는 샤워헤드 콤포넌트 110의 표면 112와 유출구 140 사이의 거리를 나타낸다;
(11) L은 서스셉터 축 128과 하나 또는 그 이상의 기판 홀더 130 각각의 하나 또는 그 이상의 외측 엣지 사이의 거리를 나타낸다;
(12) M은 서스셉터 축 128과 하나 또는 그 이상의 기판 홀더 130 각각의 하나 또는 그 이상의 내측 엣지 사이의 거리를 나타낸다;
(14) N은 서스셉터 축 128과 하나 또는 그 이상의 가열 장치 124 각각의 하나 또는 그 이상의 내측 엣지 사이의 거리를 나타낸다; 그리고
(15) O는 서스셉터 축 128과 하나 또는 그 이상의 가열 장치 124 각각의 하나 또는 그 이상의 외측 엣지 사이의 거리를 나타낸다;
예를 들어, L 마이너스 M은 하나 또는 그 이상의 기판 홀더 130의 직경이다. 또 다른 예에 있어서, 반응 챔버 160의 수직의 크기(예를 들어, H로 나타남)는 20 mm이거나 또는 이보다 적고, 또는 15 mm이거나 이보다 적다. 또 다른 예에 있어서, 유입구 101의 수직의 크기(예를 들어, I로 나타남)는 샤워헤드 콤포넌트 110의 표면 112와 서스셉터 120의 표면 114 사이의 수직 거리(예를 들어, H로 나타남)보다 적다. 또 다른 예에 있어서, 몇몇 이들 치수의 크기는 다음 표 2에 나타냈다.
| 치수 기호 | 치수 크기(단위: mm) |
| A | 105 |
| B | 120 |
| C | 150 |
| D | 165 |
| E | 100 |
| F | 330 |
| G | 415 |
| H | 10 |
| I | 5 |
| J | 150 |
| L | 310 |
| M | 145 |
| N | 96 |
| O | 320 |
일 실시형태에 있어서, 하나 또는 그 이상의 기판 홀더 130은 서스셉터 120 상에 위치되어 진다. 다른 실시형태에 있어서, 하나 또는 그 이상의 가열 장치 124는 각각 하나 또는 그 이상의 기판 홀더 130 아래에 위치되어 진다. 예를 들어, 하나 또는 그 이상의 가열 장치 124는 각각 하나 또는 그 이상의 기판 홀더 130을 지나 반응 챔버 160의 중심을 향하여 신장한다. 다른 예에 있어서, 하나 또는 그 이상의 가열 장치 124는 하나 또는 그 이상의 가스들이 하나 또는 그 이상의 기판 홀더 130에 도달하기 전에 유입구 101, 102, 103, 및/또는 104로부터 하나 또는 그 이상의 가스들을 미리 가열한다.
위에서 기술되어 지고 그리고 여기에서 더욱 강조되어 진 바와 같이, 도 1(A) 및 (B)는 단지 예시이고, 청구항의 범위를 과도하게 한정하지 않는다. 이 기술 분야의 통상인은 많은 변형태, 대안적인 것 및 변경을 인식할 것이다. 예를 들어, 유입구 102는 복수 개의 유입구로 대체되어 질 수 있고, 및/또는 유입구 104는 또 다른 복수 개의 유입구에 의해 대체될 수 있다. 다른 예에 있어서, 유입구 102는 센트럴 콤포넌트 150 내에 형성되고 그리고 샤워헤드 콤포넌트 110의 표면 112에 실질적으로 평행한 방향으로 하나 또는 그 이상의 가스들을 제공하도록 형성되어 진다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 반응 시스템 100을 사용하여 하나 또는 그 이상의 III-질화물 소재에 대한 하나 또는 그 이상의 성장 비의 하나 또는 그 이상의 분포를 조정하는 방법을 나타내는 단순화된 다이어그램이다. 이 다이어그램은 단지 예시이고, 청구항의 범위를 과도하게 한정하지 않는다. 이 기술 분야의 통상인은 많은 변형태, 대안적인 것 및 변경을 인식할 것이다. 이 방법 200은 유입구에 대해 하나 또는 그 이상의 V-군 가스들 및 하나 또는 그 이상의 캐리어 가스들의 흐름 비를 선택하는 프로세스 210, 하나 또는 그 이상의 유기금속 가스들이 단지 유입구 102를 통하여 흐른다면 하나 또는 그 이상의 III-질화물 소재에 대한 성장 비의 하나 또는 그 이상의 분포를 결정하는 프로세스 220, 하나 또는 그 이상의 유기금속 가스들이 단지 유입구 104를 통하여 흐른다면 하나 또는 그 이상의 III-질화물 소재에 대한 성장 비의 하나 또는 그 이상의 분포를 결정하는 프로세스 230, 유입구 102 및 104 사이의 하나 또는 그 이상의 유기금속 가스들의 분포를 선택하는 프로세스 240, 중첩에 의해 하나 또는 그 이상의 III-질화물 소재에 대한 성장 비의 하나 또는 그 이상의 분포를 결정하는 프로세스 250, 및 하나 또는 그 이상의 III-질화물 소재에 대한 성장 비의 하나 또는 그 이상의 분포를 분석하는 프로세스 260을 포함한다.
비록 상기에서 방법 200에 대해 선택된 군의 프로세스들을 사용하여 나타내었지만, 여기에는 많은 대안적인 것, 변경 및 변형태가 있을 수 있다. 예를 들어, 이들 프로세스의 몇몇은 확대되거나 및/또는 조합되어 질 수 있다. 다른 프로세스가 상기에 나타난 것에 삽입되어 질 수 있다. 이 실시형태에 의하면, 일련의 프로세스는 대체되는 다른 것으로 상호변경되어 질 수 있다.
프로세스 210에서, 하나 또는 그 이상의 V-군 가스들 및 하나 또는 그 이상의 캐리어 가스들의 흐름 비는 유입구 101, 102, 103, 및 104에 대해서 선택되어 진다. 예를 들어, 하나 또는 그 이상의 V-군 가스들은 암모니아 가스(예를 들어, NH3)를 포함한다. 다른 예에 있어서, 하나 또는 그 이상의 캐리어 가스들은 수소 가스 (예를 들어, H2) 및/또는 질소 가스(예를 들어, N2)를 포함한다. 또 다른 예에 있어서, 유입구 101, 102, 103 및 104에 대한 하나 또는 그 이상의 V-군 가스들(예를 들어, NH3) 및 하나 또는 그 이상의 캐리어 가스들(예를 들어, H2 및 N2)의 흐름 비는 아래 표 3에 나타내어 진다.
| 유입구 | 101 | 102 | 103 | 104 | |||
| 가스 | NH3 | N2 | H2 | NH3 | H2 | N2 | H2 |
| 흐름비 (slm) | 40 | 20 | 30 | 20 | 30 | 20 | 30 |
일 실시형태에 따르면, 프로세스 210에서, 하나 또는 그 이상의 유기금속 가스들(예를 들어, TMG)의 전체 흐름 비가 또한 결정되어 진다. 예를 들어, TMG 가스의 전체 흐름 비는 60sccm이다. 다른 실시형태에 따르면, 프로세스 210에서, 반응 챔버 160 내에서의 압력, 가열 장치 124의 온도, 및 샤워헤드 콤포넌트 110의 온도가 또한 결정되어 진다. 예를 들어, 반응 챔버 160 내에서의 압력, 가열 장치 124의 온도, 및 샤워헤드 콤포넌트 110의 온도는 아래의 표 4에 나타내어 진다.
| 반응 챔버 내에서의 압력 (torr) | 200 |
| 가열 장치의 온도(℃) | 1050 |
| 샤워헤드 콤포넌트의 온도(℃) | 65 |
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 반응 시스템 100의 온도 분포를 나타내는 단순화된 다이어그램이다. 이 다이어그램은 단지 예시이고, 청구항의 범위를 과도하게 한정하지 않는다. 이 기술 분야의 통상인은 많은 변형태, 대안적인 것 및 변경을 인식할 것이다. 예를 들어, 가열 장치 124의 온도는 1050℃로 설정되어 진다. 다른 예에 있어서, 반응 챔버 160 내에서 얻어진 온도는 하나 또는 그 이상의 기판 홀더 130의 근처에서 가장 높다.
도 2로 돌아가서, 프로세스 220에서, 만일 하나 또는 그 이상의 유기금속 가스들이 단지 유입구 102를 통해서 흐른다면, 하나 또는 그 이상의 III-질화물 소재에 대한 성장 비의 하나 또는 그 이상의 분포가 결정되어 진다. 예를 들어, 성장 비의 하나 또는 그 이상의 분포는 위의 표 3 및 4와 아래의 표 5에 나타난 바와 같은 프로세스 조건을 사용하여 결정되어 진다.
| 유입구 | 101 | 102 | 103 | 104 |
| TMG의 흐름비 (sccm) | 0 | 60 | 0 | 0 |
도 4는 본 발명의 실시형태에 따라 서스셉터 축 128 주위를 회전하지만 홀더 축 126 주위는 회전함이 없는 방사상 거리로 갈륨 질화물의 성장 비를 나타낸다. 이 다이어그램은 단지 예시이고, 청구항의 범위를 과도하게 한정하지 않는다. 이 기술 분야의 통상인은 많은 변형태, 대안적인 것 및 변경을 인식할 것이다. 예를 들어, 방사상의 거리는 서스셉터 축 128로부터 측정되어 진다. 다른 예에 있어서, 성장 비는 서스셉터 120의 표면 114 상에서 결정되어 진다. 또 다른 예에 있어서, 기판 홀더는 0.15m의 방사상의 거리로부터 0.32m의 방사상의 거리로 신장되어 지는 것으로 여겨지고, 그리고 홀더 축은 0.225m의 방사상의 거리에 위치되어 진다. 또 다른 예에 있어서, 기판 홀더는 서스셉터 축 128 주위에서 30rpm으로 회전하는 것으로 여겨진다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 따라 서스셉터 축 128 주위를 회전하고 또한 홀더 축 126 주위도 회전하는 방사상 거리로 갈륨 질화물의 성장 비를 나타낸다. 이 다이어그램은 단지 예시이고, 청구항의 범위를 과도하게 한정하지 않는다. 이 기술 분야의 통상인은 많은 변형태, 대안적인 것 및 변경을 인식할 것이다. 예를 들어, 방사상의 거리는 서스셉터 축 128로부터 측정되어 진다. 다른 예에 있어서, 성장 비는 서스셉터 120의 표면 114 상에서 결정되어 진다. 또 다른 예에 있어서, 기판 홀더는 0.15m의 방사상의 거리로부터 0.32m의 방사상의 거리로 신장되어 지는 것으로 여겨지고, 그리고 홀더 축은 0.225m의 방사상의 거리에 위치되어 진다. 또 다른 예에 있어서, 기판 홀더는 서스셉터 축 128 주위에서 30rpm으로 회전하고 그리고 또한 홀더 축 126 주위를 30rpm으로 회전하는 것으로 여겨진다.
일 실시형태에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 곡선 410은 서스셉터 축 128 주위를 회전하지만 홀더 축 126 주위는 회전함이 없이 표 3, 4 및 5에 나타낸 바와 같은 프로세스 조건 하에서 방사상 거리로 갈륨 질화물의 성장 비를 나타낸다. 다른 실시형태에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 곡선 510은 서스셉터 축 128 주위를 회전하고 그리고 또한 홀더 축 126 주위를 회전하여 표 3, 4 및 5에 나타낸 바와 같은 프로세스 조건 하에서 방사상 거리로 갈륨 질화물의 성장 비를 나타낸다.
도 2로 돌아가서, 프로세스 230에서, 만일 하나 또는 그 이상의 유기금속 가스들이 단지 유입구 104를 통해서 흐른다면 하나 또는 그 이상의 III-질화물 소재에 대한 성장 비의 하나 또는 그 이상의 분포가 결정되어 진다. 예를 들어, 성장 비의 하나 또는 그 이상의 분포는 위의 표 3 및 4와 아래의 표 6에 나타난 바와 같은 프로세스 조건을 사용하여 결정되어 진다.
| 유입구 | 101 | 102 | 103 | 104 |
| TMG의 흐름 비 (sccm) | 0 | 0 | 0 | 60 |
일 실시형태에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 곡선 420은 서스셉터 축 128 주위를 회전하지만 홀더 축 126 주위는 회전함이 없이 표 3, 4 및 6에 나타낸 바와 같은 프로세스 조건 하에서 방사상 거리로 갈륨 질화물의 성장 비를 나타낸다. 다른 실시형태에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 곡선 520은 서스셉터 축 128 주위를 회전하고 그리고 또한 홀더 축 126 주위를 회전하여 표 3, 4 및 6에 나타낸 바와 같은 프로세스 조건 하에서 방사상 거리로 갈륨 질화물의 성장 비를 나타낸다.
프로세스 240에서, 유입구 102와 104 사이의 하나 또는 그 이상의 유기금속 가스들의 분포가 선택되어 진다. 예를 들어, TMG 가스의 흐름 비는 불변된 전체의 흐름 비(예를 들어, a% + b% = 100%)로 다양한 비율에서 유입구 102 및 104에 할당되어 진다(예를 들어, 유입구 102에 대해 a% 그리고 유입구 104에 대해 b%). 다른 예에 있어서, 유입구 102 및 104를 통한 TMG 가스의 흐름 비는 아래 표 7에 기술되어 진다.
| 유입구 | 101 | 102* | 103 | 104* |
| TMG의 흐름 비 (sccm) | 0 | 60×a% | 0 | 60×b% |
* a% + b% = 100%
프로세스 250에서, 하나 또는 그 이상의 유기금속 가스들의 선택된 분포를 위해, 하나 또는 그 이상의 III-질화물 소재에 대한 성장 비의 하나 또는 그 이상의 분포가 중첩에 의하여 결정되어 진다. 예를 들어, 갈륨 질화물의 성장 비는 프로세스 220에서 이미 결정된 성장 비에 의해 곱하여진 a% 및 프로세스 230에서 이미 결정된 성장 비에 의해 곱하여진 b%를 더함에 의해 결정되어 진다.
다른 예에 있어서, 성장 비의 하나 또는 그 이상의 분포는 상기 표 3 및 4와 아래의 표 8에 나타난 것과 같은 프로세스 조건을 사용하여 결정되어 지고, 그리고 성장 비의 하나 또는 그 이상의 분포는 상기 표 3 및 4와 아래의 표 9에 나타난 것과 같은 프로세스 조건을 사용하여 결정되어 진다. 그런 다음, 표 3, 4 및 7에 상응하는 성장 비의 하나 또는 그 이상의 분포가 표 3, 4 및 8에 상응하는 성장 비의 하나 또는 그 이상의 분포와 표 3, 4 및 9에 상응하는 성장 비의 하나 또는 그 이상의 분포를 함께 합함에 의해 결정되어 진다.
| 유입구 | 101 | 102 | 103 | 104 |
| TMG의 흐름 비 (sccm) |
0 | 60×a% | 0 | 0 |
| 유입구 | 101 | 102 | 103 | 104 |
| TMG의 흐름 비 (sccm) |
0 | 0 | 0 | 60×b% |
프로세스 260에서, 하나 또는 그 이상의 유기금속 가스들의 선택된 분포에 대한 성장 비의 하나 또는 그 이상의 분포는 성장 비의 하나 또는 그 이상의 분포가 하나 또는 그 이상의 소정의 조건(예를 들어, 균일성의 관점)을 만족하는지를 결정하기 위해 평가되어 진다. 예를 들어, 만일 하나 또는 그 이상의 소정된 조건이 만족되지 않는다면, 프로세스 240이 수행되어 진다. 다른 예에 있어서, 하나 또는 그 이상의 소정의 조건이 만족되어 진다면, 화학 기상 증착은 하나 또는 그 이상의 III-질화물 소재를 형성하기 위해(예를 들어, 반응 시스템 100을 사용하여) 수행되어 진다.
몇몇 실시형태에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 곡선 530, 532, 및 534는 각각 표 3, 4 및 7에 나타난 것과 같은 프로세스 조건 하에서 방사상의 거리로 갈륨 질화물이 성장 비를 나타낸다. 예를 들어, 곡선 530은 80%에 상당하는 a%와 20%에 상당하는 b%에 상응한다. 다른 예에 있어서, 곡선 532은 60%에 상당하는 a%와 40%에 상당하는 b%에 상응한다. 또 다른 예에 있어서, 곡선 534은 75%에 상당하는 a%와 25%에 상당하는 b%에 상응한다.
일 실시형태에 있어서, 곡선 532에 의해 나타난 바와 같이, 유입구 102를 통한 TMG의 불충분한 공급은 성장 비에 대한 볼록한 형상을 초래하고, 그리고 곡선 532는 불만족스러운 것으로 판정되어 진다. 다른 실시형태에 있어서, 곡선 530에 의해 나타난 바와 같이, 유입구 104를 통한 TMG의 불충분한 공급은 성장 비에 대한 오목한 형상을 초래하고, 그리고 곡선 530은 불만족스러운 것으로 판정되어 진다. 또 다른 실시형태에 있어서, 곡선 534에 의해 나타난 바와 같이, 성장 비의 실질적으로 균일한 분포는 75%인 a% 및 25%인 b%에 대해 달성되어 질 수 있고, 그리고 곡선 534는 만족스러운 것으로 판정되어 진다. 예를 들어, 계량된 부가에 의해, 주어진 방사상의 거리에서, 곡선 534에 대한 성장 비는 75%로 곱하여진 곡선 510에 대한 성장 비와 25%로 곱하여 진 곡선 520에 대한 성장 비의 합이다.
어떤 실시형태에 따르면, 성장 비의 실질적으로 균일한 분포(예를 들어, 곡선 534에 의해 도시된 바와 같음)를 달성하기 위해, 도 5에 도시된 바와 같이 곡선 510은 오목하고 그리고 곡선 520은 볼록하다는 것은 중요하다. 예를 들어, 만일 서스셉터 축 128 주위를 회전하지만 홀더 축 126 주위는 회전함이 없는 표 3, 4 및 5의 프로세스 조건 하에서 갈륨 질화물의 성장 비의 피크가 기판 홀더의 외측에 놓이면(예를 들어, 도 4에서 곡선 410에 의해 나타난 것과 같음), 곡선 510은 오목하다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따라 중첩에 의해 그리고 재계산에 의해 결정된 갈륨 질화물의 성장 비의 비교를 나타내는 단순화된 다이어그램이다. 이 다이어그램은 단지 예시이고, 청구항의 범위를 과도하게 한정하지 않는다. 이 기술 분야의 통상인은 많은 변형태, 대안적인 것 및 변경을 인식할 것이다. 곡선 610 및 620은 각각 상기 표 3 및 4와 아래의 표 10에 나타난 것과 같은 프로세스의 조건 하에서 방사상의 거리로 갈륨 질화물의 성장 비를 나타낸다.
| 유입구 | 101 | 102 | 103 | 104 |
| TMG의 흐름 비 (sccm) | 0 | 60×75% | 0 | 60×25% |
일 실시형태에 있어서, 곡선 610은 계량된 부가에 의해 결정되어 지고 그리고 따라서 도 5에서 곡선 534의 것과 같다. 다른 실시형태에 있어서, 곡선 620은 곡선 510 및 520의 성장 비를 사용함이 없이 재계산에 의해 결정되어 진다. 도 6에 도시된 바와 같이, 곡선 610은 곡선 620과 실질적으로 동일하며; 따라서 계량된-부가 기술은 유입구 102와 104 사이의 흐름 비의 분포에 기초된 성장 비를 결정하는 신뢰할 만한 방법이다.
상기에서 기술된 바와 같이 그리고 더욱이 여기서 강조된 바와 같이, 도 2는 단지 예시이고, 청구항의 범위를 과도하게 한정하지 않는다. 이 기술 분야의 통상인은 많은 변형태, 대안적인 것 및 변경을 인식할 것이다. 예를 들어, 유입구 102는 제일의 복수의 유입구에 의해 대체되고, 및/또는 유입구 104는 제이의 복수의 유입구에 의해 대체된다. 다른 예에 있어서, 프로세스 210은 반응 시스템 100을 제공하기 위해 프로세스에 선행되어 진다. 또 다른 예에 있어서, 프로세스 220 및/또는 프로세스 230은 건너뛰어 진다.
몇몇 실시형태에 따르면, 프로세스 240에서 사용된 계량된-부가 기술은 만일 하나 또는 그 이상의 다음의 조건이 만족되어 진다면, 신뢰할 수 있다:
(1) 하나 또는 그 이상의 III-군 MO 가스들(예를 들어, TMG)의 전체 흐름 비는 하나 또는 그 이상의 III-군 MO 가스들(예를 들어, TMG), 하나 또는 그 이상의 V-군 가스들(예를 들어, 암모니아), 및 하나 또는 그 이상의 캐리어 가스들(예를 들어, 수소 및 질소)의 전체 흐름 비와 비교하여 낮음; 및/또는
(2) 하나 또는 그 이상의 III-질화물 소재(예를 들어, 갈륨 질화물)의 성장은 이전 동안에 입자 형성에 기인하여 유의성 있는 소재의 손실 없이 대량-이전 제한 조건 하에서 진행함.
다른 실시형태에 따르면, 하나 또는 그 이상의 소재를 형성하기 위한 시스템은 중심 축 주위를 회전하도록 형상된 서스셉터 콤포넌트, 및 서스셉터 콤포넌트 상에 위치되어 지고 서스셉터 콤포넌트와 직접 접촉하지 않는 샤워헤드 콤포넌트를 포함한다. 부가적으로, 이 시스템은 서스셉터 콤포넌트 상에 위치되고 그리고 중심 축 주위를 회전하고 그리고 또한 상응하는 홀더 축 주위를 각각 회전하도록 형상된 하나 또는 그 이상의 기판 홀더 및 센트럴 콤포넌트를 포함한다. 더욱이, 이 시스템은 센트럴 콤포넌트 내에 형성된 하나 또는 그 이상의 제일 유입구, 하나 또는 그 이상의 제이 유입구, 및 샤워헤드 콤포넌트 내에 형성되고 그리고 하나 또는 그 이상의 제이 유입구보다 센트럴 콤포넌트로부터 더 멀리 떨어져 위치된 하나 또는 그 이상의 제삼 유입구를 포함한다. 하나 또는 그 이상의 제일 유입구는 더욱이 센트럴 콤포넌트로부터 멀리 흐르도록 각각 하나 또는 그 이상의 제일 흐름 비로 하나 또는 그 이상의 제일 가스들을 제공하도록 형상되어 지고, 하나 또는 그 이상의 제이 유입구는 각각 하나 또는 그 이상의 제이 흐름 비로 하나 또는 그 이상의 제이 가스들을 제공하도록 형상되어 지고, 그리고 하나 또는 그 이상의 제삼 유입구는 서스셉터 콤포넌트를 향해 샤워헤드 콤포넌트로부터 멀리 흐르도록 각각 하나 또는 그 이상의 제삼 흐름 비로 하나 또는 그 이상의 제삼 가스들을 제공하도록 형상되어 진다. 이 시스템은 더욱이 하나 또는 그 이상의 제삼 흐름비를 조정하는 것과는 별개로 하나 또는 그 이상의 제이 흐름비를 조정하도록 형상되어 진다. 예를 들어, 이 시스템은 적어도 도 1(A) 및/또는 도 1(B)에 따라 실행되어 진다.
또 다른 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 III-질화물 소재를 위한 적어도 하나의 성장 비를 조정하는 방법은 적어도 하나의 III-질화물 소재를 형성하기 위한 시스템을 제공하는 것을 포함한다. 이 시스템은 센트럴 콤포넌트, 서스셉터 콤포넌트, 및 샤워헤드 콤포넌트를 포함한다. 상기 샤워헤드 콤포넌트는 서스셉터 콤포넌트 위에 위치되어 지고 그리고 서스셉터 콤포넌트와 직접 접촉하지 않는다. 이 시스템은 더욱이 상기 센트럴 콤포넌트 내에 형성된 하나 또는 그 이상의 제일 유입구, 하나 또는 그 이상의 제이 유입구, 및 샤워헤드 콤포넌트 내에 형성되고 그리고 하나 또는 그 이상의 제이 유입구보다도 센트럴 콤포넌트로부터 더 멀리 떨어져 위치된 하나 또는 그 이상의 제삼 유입구를 포함한다. 부가적으로, 이 방법은 하나 또는 그 이상의 제일 유입구, 하나 또는 그 이상의 제이 유입구, 및 하나 또는 그 이상의 제삼 유입구의 하나 또는 그 이상의 암모니아 가스의 하나 또는 그 이상의 암모니아의 흐름 비를 선택하는 것과, 하나 또는 그 이상의 제이 유입구를 통해 III-군 유기금속 가스에 대한 제일 흐름 비 및 하나 또는 그 이상의 제삼 유입구를 통해 III-군 유기금속 가스에 대한 제이 흐름 비를 선택하는 것을 포함하고, 제일 흐름 비 및 제이 흐름 비의 합계는 제삼 흐름 비와 동등하게 된다. 더욱이, 이 방법은 만일 III-군 유기금속 가스가 하나 또는 그 이상의 암모니아 흐름 비와 연계된 최소한의 정보에 기초한 제일 흐름 비로 단지 하나 또는 그 이상의 제이 유입구를 통해 흐른다면 위치의 제일 작용으로서 III-질화물 소재의 제일 성장 비를 결정하는 것과, 만일 III-군 유기금속 가스가 하나 또는 그 이상의 암모니아 흐름 비와 연계된 최소한의 정보에 기초한 제이 흐름 비로 단지 하나 또는 그 이상의 제삼 유입구를 통해 흐른다면 위치의 제이 작용으로서 III-질화물 소재의 제이 성장 비를 결정하는 것을 포함한다. 또한, 이 방법은 제일 성장 비 및 제이 성장 비를 더함에 의해 위치의 제삼 작용으로서 III-질화물 소재의 제삼 성장 비를 결정하는 것을 포함하고, 제삼 성장 비는 하나 또는 그 이상의 제이 유입구를 통한 제일 흐름 비 및 하나 또는 그 이상의 제삼 유입구를 통한 제이 흐름 비에 상응한다. 예를 들어, 이 방법은 적어도 도 2 및/또는 도 5에 따라 실행되어 진다.
더욱이 또 다른 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 III-질화물 소재에 대한 적어도 하나의 성장 비를 조정하기 위한 방법은 적어도 하나의 III-질화물 소재를 형성하는 시스템을 제공하는 것을 포함한다. 이 시스템은 센트럴 콤포넌트, 서스셉터 콤포넌트, 샤워헤드 콤포넌트, 그리고 서스셉터 콤포넌트 상에 하나 또는 그 이상의 기판 홀더를 포함한다. 샤워헤드 콤포넌트는 서스셉터 콤포넌트 상에 위치되어 지고 서스셉터 콤포넌트와 직접 접촉하지 않는다. 이 시스템은 센트럴 콤포넌트 내에 형성된 하나 또는 그 이상의 제일 유입구, 하나 또는 그 이상의 제이 유입구, 및 샤워헤드 콤포넌트 내에 형성되고 그리고 하나 또는 그 이상의 제이 유입구보다 센트럴 콤포넌트로부터 더 머리 떨어져 위치된 하나 또는 그 이상의 제삼 유입구를 더 포함한다. 부가적으로, 이 방법은 하나 또는 그 이상의 제일 유입구, 하나 또는 그 이상의 제이 유입구, 및 하나 또는 그 이상의 제삼 유입구의 하나 또는 그 이상에 대한 암모니아 가스의 하나 또는 그 이상의 암모니아의 흐름 비를 선택하는 것과, 만일 III-군 유기금속 가스가 하나 또는 그 이상의 암모니아 흐름 비와 연계된 최소한의 정보에 기초한 제일 흐름 비로 단지 하나 또는 그 이상의 제이 유입구를 통해 흐른다면 위치의 제일 작용으로서 III-질화물 소재의 제일 성장 비를 결정하는 것과, 만일 III-군 유기금속 가스가 하나 또는 그 이상의 암모니아 흐름 비와 연계된 최소한의 정보에 기초한 제일 흐름 비로 단지 하나 또는 그 이상의 제삼 유입구를 통해 흐른다면 위치의 제이 작용으로서 III-질화물 소재의 제이 성장 비를 결정하는 것을 포함한다. 더욱이, 이 방법은 하나 또는 그 이상의 제이 유입구를 통해 III-군 유기금속 가스에 대한 제이 흐름 비와 하나 또는 그 이상의 제삼 유입구를 통한 III-군 유기금속 가스에 대한 제삼 흐름 비를 선택하는 것, 여기서 제이 흐름 비와 제삼 흐름 비의 합은 제일 흐름 비와 같음, 그리고 제이 흐름 비 및 제삼 흐름 비와 연계된 최소한의 정보에 기초한 제일 성장 비 및 제이 성장 비의 계량 부가에 의해 위치의 제삼 작용으로 III-질화물 소재의 제삼 성장 비를 결정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 이 방법은 적어도 도 2 및/또는 도 5에 따라 실행되어 진다.
비록 본 발명의 특정한 실시형태가 기술되어 졌지만, 이 기술된 실시형태에 동등한 다른 실시형태가 있다는 것은 이 기술 분야의 통상인에 의해 이해되어 질 것이다. 예를 들어, 본 발명의 다양한 실시형태 및/또는 실시예가 조합되어 질 수 있다. 따라서, 본 발명은 특정한 설명된 실시형태에 의해 한정되어 지는 것이 아니고 첨부된 청구항의 범주에 의해 한정되어 지는 것으로 이해되어 진다.
100 --- 반응 시스템 101, 102, 103 및 104 --- 유입구
110 --- 샤워헤드 콤포넌트 120 --- 서스셉터
126 --- 홀더 축 128 --- 서스셉터 축
130 --- 기판 홀더 124 --- 가열 장치
140 --- 유출구 150 --- 센트럴 콤포넌트
160 --- 반응 챔버
110 --- 샤워헤드 콤포넌트 120 --- 서스셉터
126 --- 홀더 축 128 --- 서스셉터 축
130 --- 기판 홀더 124 --- 가열 장치
140 --- 유출구 150 --- 센트럴 콤포넌트
160 --- 반응 챔버
Claims (32)
- 하나 이상의 소재를 형성하는 시스템으로, 상기 시스템은:
중심 축 주위를 회전하도록 형성된 서스셉터 콤포넌트;
서스셉터 콤포넌트 위에 위치되고, 서스셉터 콤포넌트와 직접 접촉되지 않는 샤워헤드 콤포넌트;
서스셉터 콤포넌트 상에 위치되고 그리고 중심 축 주변을 회전하고 그리고 또한 각각 상응하는 홀더 축 주변을 회전하도록 형성된 하나 이상의 기판 홀더;
센트럴 콤포넌트;
센트럴 콤포넌트 내에 형성된 하나 이상의 제일 유입구;
하나 이상의 제이 유입구; 및
샤워헤드 콤포넌트 내에 형성되고 그리고 하나 이상의 제이 유입구보다 센트럴 콤포넌트로부터 더 떨어져 위치된 하나 이상의 제삼 유입구를 포함하고;
하나 이상의 제일 유입구는 센트럴 콤포넌트로부터 떨어져 흐르도록 각각 하나 이상의 제일 흐름비로 하나 이상의 제일 가스들을 제공하도록 형성되어 지고;
하나 이상의 제이 유입구는 각각 하나 이상의 제이 흐름비로 하나 이상의 제이 가스들을 제공하도록 형성되어 지고; 그리고
상기 하나 이상의 제삼 유입구는 서스셉터 콤포넌트를 향하여 샤워헤드 콤포넌트로부터 떨어져 흐르도록 각각 하나 이상의 제삼 흐름비로 하나 이상의 제삼 가스들을 제공하도록 형성되어 지고;
상기 시스템은 하나 이상의 제삼 흐름비를 조정하는 것과는 별개로 하나 이상의 제이 흐름비를 조절하도록 형성되어 짐을 특징으로 하는 시스템.
- 제 1항에 있어서, 적어도 센트럴 콤포넌트, 서스셉터 콤포넌트, 및 샤워헤드 콤포넌트에 의해 형성된 반응 챔버를 더 포함함을 특징으로 하는 시스템.
- 제 1항에 있어서, 하나 이상의 유출구를 더 포함함을 특징으로 하는 시스템.
- 제 1항에 있어서, 샤워헤드 콤포넌트 내에 형성되고 그리고 하나 이상의 제이 유입구보다 센트럴 콤포넌트로부터 더 떨어져 그리고 하나 이상의 제삼 유입구보다 센트럴 콤포넌트에 더 가깝게 위치된 하나 이상의 제사 유입구를 더 포함함을 특징으로 하는 시스템.
- 제 4항에 있어서, 하나 이상의 제사 유입구는 샤워헤드 콤포넌트로부터 떨어져 서스셉터 콤포넌트 쪽으로 흐르도록 각각 하나 이상의 제사 흐름 비로 하나 이상의 제사 가스들을 제공하도록 형성됨을 특징으로 하는 시스템.
- 제 5항에 있어서, 하나 이상의 제이 가스들은 하나 이상의 제사 가스들에 포함되지 않은 적어도 제일 반응성 가스를 포함하고; 그리고 하나 이상의 제삼 가스들은 하나 이상의 제사 가스들에 포함되지 않은 적어도 제이 반응성 가스를 포함함을 특징으로 하는 시스템.
- 제 6항에 있어서, 상기 제일 반응성 가스 및 제이 반응성 가스는 동일한 것임을 특징으로 하는 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 제일 가스는 암모니아를 포함하고; 하나 이상의 제이 가스는 유기금속 가스를 포함하고; 그리고 하나 이상의 제삼 가스는 유기금속 가스를 포함함을 특징으로 하는 시스템.
- 제 8항에 있어서, 상기 유기금속 가스는 TMG, TMA 및 TMI로 구성되는 군에서 선택됨을 특징으로 하는 시스템.
- 제 1항에 있어서, 하나 이상의 기판 홀더 아래에 각각 위치되고 그리고 각각 하나 이상의 기판 홀더보다 센트럴 콤포넌트에 더 가깝게 신장하는 하나 이상의 가열 장치를 더 포함함을 특징으로 하는 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 시스템은 하나 이상의 소재를 형성하기 위해 화학 기상 증착을 수행하도록 형상화됨을 특징으로 하는 시스템.
- 제 11항에 있어서, 상기 하나 이상의 소재는 III-질화물 소재를 포함함을 특징으로 하는 시스템.
- 제 12항에 있어서, 상기 III-질화물 소재는 알루미늄 질화물, 갈륨 질화물, 및 인듐 질화물로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 제이 유입구는 샤워헤드 콤포넌트 내에 형성되고 그리고 서스셉터 콤포넌트를 향해 샤워헤드 콤포넌트로부터 떨어져 흐르도록 각각 하나 이상의 제이 흐름비로 하나 이상의 제이 가스들을 제공하도록 형성됨을 특징으로 하는 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 제이 유입구는 센트럴 콤포넌트 내에 형성되고 그리고 센트럴 콤포넌트로부터 떨어져 흐르도록 각각 하나 이상의 제이 흐름비로 하나 이상의 제이 가스들을 제공하도록 형성됨을 특징으로 하는 시스템.
- 적어도 하나의 III-질화물 소재에 대해 적어도 하나의 성장 비를 조정하기 위한 방법으로, 상기 방법은;
적어도 하나의 III-질화물 소재를 형성하기 위한 시스템을 제공하는 것, 여기서 이 시스템은 센트럴 콤포넌트, 서스셉터 콤포넌트, 및 샤워헤드 콤포넌트를 포함하고, 샤워헤드 콤포넌트는 서스셉터 콤포넌트 위에 위치되고 그리고 서스셉터 콤포넌트와 직접 접촉하지 않고, 이 시스템은 센트럴 콤포넌트 내에 형성된 하나 이상의 제일 유입구, 하나 이상의 제이 유입구, 및 샤워헤드 콤포넌트 내에 형성되고 그리고 하나 이상의 제이 유입구보다도 센트럴 콤포넌트로부터 더 떨어져 위치된 하나 이상의 제삼 유입구를 포함함;
하나 이상의 제일 유입구, 하나 이상의 제이 유입구, 및 하나 이상의 제삼 유입구의 하나 이상에 대한 암모니아 가스의 하나 이상의 암모니아 흐름 비를 선택하는 것;
하나 이상의 제이 유입구를 통한 III-군 유기금속 가스에 대한 제일 흐름 비와 하나 이상의 제삼 유입구를 통한 III-군 유기금속 가스의 제이 흐름 비를 선택하는 것, 여기서 제일 흐름 비 및 제이 흐름 비의 합은 제삼 흐름 비와 동등함;
III-군 유기금속 가스가 적어도 하나 이상의 암모니아 흐름 비와 연계된 정보에 기초한 제일 흐름 비로 단지 하나 이상의 제이 유입구를 통해 흐른다면 위치의 제일 작용으로서 III-질화물 소재의 제일 성장 비를 결정하는 것;
III-군 유기금속 가스가 적어도 하나 이상의 암모니아 흐름 비와 연계된 정보에 기초한 제일 흐름 비로 단지 하나 이상의 제삼 유입구를 통해 흐른다면 위치의 제이 작용으로서 III-질화물 소재의 제이 성장 비를 결정하는 것; 및
제일 성장 비 및 제이 성장 비의 부가에 의해 위치의 제삼 작용으로 III-질화물 소재의 제삼 성장 비를 결정하는 것, 여기서 제삼 성장 비는 하나 이상의 제이 유입구를 통한 제일 흐름 비 및 하나 이상의 제삼 유입구를 통한 제이 흐름 비에 상응함;
을 포함하는 방법.
- 제 16항에 있어서, 위치의 제일 작용으로서 III-질화물 소재의 제일 성장 비를 결정하기 위한 프로세스는;
III-군 유기금속 가스가 적어도 하나 이상의 암모니아 흐름 비와 연계된 정보에 기초한 제일 흐름 비로 단지 하나 이상의 제삼 유입구를 통해 흐른다면 위치의 제사 작용으로서 III-질화물 소재의 제사 성장 비를 결정하는 것; 및
제삼 흐름 비로 나눈 제일 흐름 비와 동일한 제일 비율로 제사 성장 비를 곱하는 것을 포함하는 방법.
- 제 16항에 있어서, 위치의 제이 작용으로서 III-질화물 소재의 제이 성장 비를 결정하기 위한 프로세스는;
III-군 유기금속 가스가 적어도 하나 이상의 암모니아 흐름 비와 연계된 정보에 기초한 제삼 흐름 비로 단지 하나 이상의 제삼 유입구를 통해 흐른다면 위치의 제오 작용으로서 III-질화물 소재의 제오 성장 비를 결정하는 것; 및
제삼 흐름 비로 나눈 제이 흐름 비와 동일한 제이 비율로 제오 성장 비를 곱하는 것을 포함하는 방법.
- 제 16항에 있어서, 위치의 제삼 작용으로서 III-질화물 소재의 제삼 성장 비와 연계된 정보를 처리하는 것; 및
제삼 성장 비가 하나 이상의 소정 조건을 만족하는 지를 결정하는 것을 더 포함하는 방법.
- 제 19항에 있어서, 하나 이상의 소정 조건은 제삼 성장 비의 균일성과 관계되는 방법.
- 제 19항에 있어서, 제삼 성장 비가 하나 이상의 소정 조건을 만족하지 않는 것으로 결정되어 지면,
하나 이상의 제이 유입구를 통한 III-군 유기금속 가스에 대한 제사 흐름 비 및 하나 이상의 제삼 유입구를 통한 III-군 유기금속 가스에 대한 제오 흐름 비를 선택하는 것, 여기서 제사 흐름 비 및 제오 흐름 비의 합은 제삼 흐름 비와 같음; 및
위치의 제사 작용으로 III-질화물 소재의 제사 성장 비를 결정하는 것을 더 포함하는 방법.
- 제 16항에 있어서, 제삼 성장 비가 하나 이상의 소정 조건을 만족하는 것으로 결정되어 지면, 적어도 제일 흐름 비 및 제이 흐름 비와 연계된 정보에 기초한 III-질화물 소재의 화학 기상 증착을 수행하는 것을 더 포함하는 방법.
- 제 16항에 있어서, III-질화물 소재는 알루미늄 질화물, 갈륨 질화물, 및 인듐 질화물로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
- 제 16항에 있어서, III-군 유기금속 가스는 TMG, TMA 및 TMI로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
- 적어도 하나의 III-질화물 소재에 대해 적어도 하나의 성장 비를 조정하기 위한 방법으로, 상기 방법은;
적어도 하나의 III-질화물 소재를 형성하기 위한 시스템을 제공하는 것, 여기서 이 시스템은 센트럴 콤포넌트, 서스셉터 콤포넌트, 샤워헤드 콤포넌트 및 서스셉터 콤포넌트 상의 하나 이상의 기판 홀더를 포함하고, 샤워헤드 콤포넌트는 서스셉터 콤포넌트 위에 위치되고 그리고 서스셉터 콤포넌트와 직접 접촉하지 않고, 이 시스템은 센트럴 콤포넌트 내에 형성된 하나 이상의 제일 유입구, 하나 이상의 제이 유입구, 및 샤워헤드 콤포넌트 내에 형성되고 그리고 하나 이상의 제이 유입구보다도 센트럴 콤포넌트로부터 더 떨어져 위치된 하나 이상의 제삼 유입구를 포함함;
하나 이상의 제일 유입구, 하나 이상의 제이 유입구, 및 하나 이상의 제삼 유입구의 하나 이상에 대한 암모니아 가스의 하나 이상의 암모니아 흐름 비를 선택하는 것;
III-군 유기금속 가스가 적어도 하나 이상의 암모니아 흐름 비와 연계된 정보에 기초한 제일 흐름 비로 단지 하나 이상의 제이 유입구를 통해 흐른다면 위치의 제일 작용으로서 III-질화물 소재의 제일 성장 비를 결정하는 것;
III-군 유기금속 가스가 적어도 하나 이상의 암모니아 흐름 비와 연계된 정보에 기초한 제일 흐름 비로 단지 하나 이상의 제삼 유입구를 통해 흐른다면 위치의 제이 작용으로서 III-질화물 소재의 제이 성장 비를 결정하는 것;
하나 이상의 제이 유입구를 통한 III-군 유기금속 가스에 대한 제이 흐름 비와 하나 이상의 제삼 유입구를 통한 III-군 유기금속 가스의 제삼 흐름 비를 선택하는 것, 여기서 제이 흐름 비 및 제삼 흐름 비의 합은 제일 흐름 비와 동등함; 및
적어도 제이 흐름 비 및 제삼 흐름 비와 연계된 정보에 기하여 제일 성장 비 및 제이 성장 비의 계량된 부가에 의해 위치의 제삼 작용으로 III-질화물 소재의 제삼 성장 비를 결정하는 것을 포함하는 방법.
- 제 25항에 있어서, 위치의 제삼 작용으로서 III-질화물 소재의 제삼 성장 비를 결정하기 위한 프로세스는;
제일 비율로 곱하여 진 제일 성장 비와 제이 비율로 곱하여 진 제이 성장 비를 합함에 의해 제삼 성장 비를 결정하는 것을 포함하는 방법;
제일 비율은 제이 흐름 비를 제일 흐름 비로 나눈 것이고; 그리고
제이 비율은 제삼 흐름 비를 제일 흐름 비로 나눈 것임.
- 제 25항에 있어서, 상기 방법은:
위치의 제삼 작용으로서 III-질화물 소재의 제삼 성장 비와 연계된 정보를 처리하는 것; 및
제삼 성장 비가 하나 이상의 소정 조건을 만족하는 지를 결정하는 것을 더 포함하는 방법.
- 제 27항에 있어서, 하나 이상의 소정 조건은 하나 이상의 기판 홀더를 넘어 제삼 성장 비의 균일성과 관계되는 방법.
- 제 27항에 있어서, 제삼 성장 비가 하나 이상의 소정 조건을 만족하지 않는 것으로 결정되어 지면,
하나 이상의 제이 유입구를 통한 III-군 유기금속 가스에 대한 제사 흐름 비 및 하나 이상의 제삼 유입구를 통한 III-군 유기금속 가스에 대한 제오 흐름 비를 선택하는 것, 여기서 제사 흐름 비 및 제오 흐름 비의 합은 제일 흐름 비와 같음; 및
적어도 제사 흐름 비 및 제오 흐름 비와 연계된 정보에 기하여 제일 성장 비 및 제이 성장 비의 계량된 부가에 의해 위치의 제사 작용으로 III-질화물 소재의 제사 성장 비를 결정하는 것을 더 포함하는 방법.
- 제 27항에 있어서, 제삼 성장 비가 하나 이상의 소정 조건을 만족하는 것으로 결정되어 지면, 적어도 제이 흐름 비 및 제삼 흐름 비와 연계된 정보에 기초한 III-질화물 소재의 화학 기상 증착을 수행하는 것을 더 포함하는 방법.
- 제 25항에 있어서, III-질화물 소재는 알루미늄 질화물, 갈륨 질화물, 및 인듐 질화물로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
- 제 25항에 있어서, III-군 유기금속 가스는 TMG, TMA 및 TMI로 구성된 군으로부터 선택되는 방법.
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